JP2007184493A - 光源装置、表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】色再現性の良好な光源装置を提供する。
【解決手段】少なくとも２種類以上の発光色の発光素子１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂから１つの発光素子群２０を構成し、各発光素子群２０において、発光素子群２０を構成する各発光素子１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂの出射面が内側に向かい合うように傾斜し、発光素子１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂ全体を覆って、上方に開口を有する反射材１４が設けられていると共に、発光素子の上方に拡散材料からなる拡散シート１５が設けられている光源装置１０を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオード等の発光素子を光源として備えた光源装置に係わり、特にＲ，Ｇ，Ｂ３色の発光ダイオードを均等に拡散発光させて、所望の色（白色やその他の色）の面光源を得る照明用光源装置に適応して好適なものである。また、本発明は、表示部を背面から照明する光源装置を備えた表示装置に係わる。

従来、発光ダイオード（ＬＥＤ）を使用して、白色光とした白色ＬＥＤ光源としては、大別して下記の２種類の構成が提案されている。
第１の構成は、赤色発光ダイオードと、緑色発光ダイオードと、青色発光ダイオードとを組み合わせて、混色させて白色光を得る構成である。
第２の構成は、青色発光ダイオードに黄色の蛍光体を塗布して、蛍光体を励起させることにより、擬似白色を発光させる構成である。

近年、発光ダイオードの高出力化が進んだことにより、この白色ＬＥＤ光源の用途が広がっている。
特に、高輝度が要求される照明用や、プロジェクタ光源、並びに大型液晶ディスプレイ用のバックライトへの応用が考えられている。これらの用途において、水銀フリーによる環境負荷が小さいこと、色再現性が良好であること、応答性が良好であること、輝度の可変性を有すること、寿命が長いこと等の発光ダイオードの特長から、白色ＬＥＤ光源が、従来の蛍光管（熱陰極管及び冷陰極管）に代わる白色光源として期待されている。

上述した、照明用、プロジェクタ光源、並びに大型液晶ディスプレイ用のバックライトへ、白色ＬＥＤ光源を応用する際には、現状では、要求輝度を達成して面光源とするために、点光源である発光ダイオードを多数使用する必要がある。

発光ダイオードを使用したバックライトの構造としては、エッジライト方式及び直下方式の２つの方式が代表的なものである。
エッジライト方式は、拡散板の下面に設けられた導光板の端面へ、照明方向と直交する方向から発光ダイオードを発光させて、面光源とするものである。
直下方式は、拡散板の直下にマトリックス状に配置された発光ダイオードから、拡散板に鉛直な方向に発光させるものである。

ところで、上述した第１の構成の白色ＬＥＤ光源を、直下方式のバックライトに適用する場合には、制限されたバックライト厚の範囲内で、各発光ダイオードからの光を面内に均一に分散させるために、各発光ダイオード光源から出射した光を横方向へ拡散させる光学部材を各発光ダイオード上に配置する構成が採用されている。
この光学部材として、一般的には、レンズや略円錐型反射面を用いた構成が知られている（例えば、特許文献１や特許文献２を参照）。

実開平７−３１５４号公報 特開２００４−１４０３２７号公報

前述した第１の構成の白色ＬＥＤ光源では、各発光ダイオードからの光を面内に均一に分散させて混色させるために、適当な光路長が必要となる。そのため、各発光ダイオード光源から出射した光を横方向へ拡散させる光学部材を設けないで発光ダイオードのみで光源を構成すると、ある程度の厚さを確保する必要がある。このように厚くする必要があることから、バックライト装置及びバックライト装置を用いた表示装置において、薄型化や小型化を図ることが困難になる。

これに対して、特許文献１や特許文献２に示したように、拡散や反射等の光学部材を各発光ダイオード上に配置した構成では、光学部材を使用することによって光路長を確保することが可能になるため、バックライト装置や表示装置において、薄型化や小型化を図ることが可能になる。
しかしながら、個々の発光ダイオードに対して光学部材を設けているため、光学部材を多用する必要があることから、部品点数や材料及び組み立てのコストが増大することになる。

前述した第２の構成の白色ＬＥＤ光源では、緑色の波長の光や赤色の波長の光を、蛍光体によって放射させることによって、擬似白色を形成しているため、色再現性が悪い。
また、蛍光体が劣化すると、色度が変化してしまう。

従って、バックライト装置や表示装置の薄型化や小型化を図ることができ、また色再現性の良好な構成のＬＥＤ光源が要望される。

上述した問題の解決のために、本発明においては、色再現性の良好な光源装置、及びこの光源装置を備えた表示装置を提供するものである。

本発明の光源装置は、少なくとも２種類以上の発光色の発光素子から１つの発光素子群を構成し、各発光素子群において、発光素子群を構成する各発光素子の出射面が内側に向かい合うように傾斜し、発光素子群を構成する発光素子全体を覆って、上方に開口を有する反射材が設けられていると共に、発光素子の上方に拡散材料からなる拡散シートが設けられているものである。
また、本発明の表示装置は、画像を表示する表示部と、この表示部を背面側から照明する光源装置とを備え、この光源装置が上記本発明の光源装置の構成であるものである。

上述の本発明の光源装置の構成によれば、各発光素子群において、発光素子群を構成する各発光素子の出射面が内側に向かい合うように傾斜していることにより、各発光素子からの出射光を内側に集めて、混合することができる。
また、発光素子群を構成する発光素子全体を覆って、上方に開口を有する反射材が設けられていることにより、発光素子群を構成するそれぞれの発光素子から出射した光を反射材によって反射させることができる。開口に達した光は発光素子群から外に放射される。開口以外の反射材の部分に当たった光は反射され、反射を繰り返すうちに方向を変えて、開口から外に放射させることができる。このようにして、それぞれの発光素子から出射した光を集めることができ、集めた光を、反射材の開口を通じて発光素子群の外部に放射することができる。
さらに、各発光素子群において、発光素子の上方に拡散材料から成る拡散シートが設けられていることにより、拡散シートによって光の分布を均一に混合して、所望の色の光とすることができる。反射材によって反射された光は、様々な向きを持っていて、向きによって光量がばらついているため、そのままでは向きによって異なる色に見える。そこで、拡散シートによって拡散させることにより、光の向きによる光量のばらつきを抑えて、均一な分布を有する所望の色の光とすることができる。
これにより、各発光素子群において、各発光色を容易に混色することができ、所望の色（例えば白色やその他の色）を発光させることが可能となる。

また、本発明の表示装置の構成によれば、表示部を背面側から照明する光源装置が上記本発明の光源装置の構成であることにより、光源装置から均一な分布を有する所望の色の光が照射されるため、表示部に表示される画像の色度や輝度の分布が良好な分布となる。

上述の本発明の光源装置によれば、２種類以上の発光色の発光素子からの出射光を混色して、均一な分布を有する所望の色の光を発光させることが可能となるため、色度や輝度の分布が良好で、色再現性が良好な光源を実現することができる。

例えば、混色により白色光が得られるように構成した場合には、良好な白色光源を実現することが可能になる。
また、例えば、混色により有色光が得られるように構成した場合には、広範囲な色を作り出し、空間の演出効果も上げることができる。

そして、レンズ等の特別な光学部材を使用する必要がなく、また各発光素子毎に光学部材を設ける必要がないため、部品点数や部品コストを低減することが可能になる。

また、本発明の表示装置によれば、表示部に表示される画像の色度や輝度の分布が良好な分布となることにより、表示すべき画像を、良好な画質で表示することができる。

さらに、本発明によれば、短い距離・小さい空間で混色を行うことが可能になるため、光源装置や表示装置において、小型化や薄型化を図ることが可能になる。

本発明の一実施の形態として、光源装置の概略構成図を、図１に示す。
この光源装置１０は、それぞれ基板１１上に設けられた三色（赤色Ｒ、緑色Ｇ、青色Ｂ）の発光ダイオード（ＬＥＤ）１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂを備え、これらが固定材１３に固定されて、構成されている。

本実施の形態の光源装置１０では、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、それぞれ基板１１上に設けられた三色（赤色Ｒ、緑色Ｇ、青色Ｂ）の発光ダイオード（ＬＥＤ）１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂを配置して、１つの発光ダイオードユニット２０を構成している。

赤色の発光ダイオード１２Ｒ及び青色の発光ダイオード１２Ｂについては、それぞれの基板１１を固定している固定材１３が、底面に対して傾斜角度θ＝４５°の傾斜面となっていることにより、発光ダイオード１２Ｒ，１２Ｂの出射面が底面に対して傾斜角度θ（４５°）の傾斜面となっている。

そして、発光ダイオード１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂの上方の空間は、光源装置１０の底面に垂直に配置された、反射材１４によって囲まれている。
また、反射材１４によって囲まれた空間内に、断面がＸ字状となるように、薄い拡散材料から成る拡散シート１５が設けられている。
さらに、空間の上方の開口部に、拡散材料から成る拡散板１６が設けられている。

基板１１を固定する固定材１３には、例えば、アルミ板を使用することができる。

反射材１４は、波長４００ｎｍ〜８００ｎｍの光に対して、９０％以上の反射率を有していることが望ましい。
このように高い反射率を有する材料としては、様々な材料が考えられるが、金属を用いると重量が大きくなるため、例えば、ＰＥＴ等の樹脂に気泡を入れたものや、反射塗装をした樹脂等を用いる。

拡散シート１５には、各発光ダイオード１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂから出射した光を透過する性質の、一般的な拡散材料を用いたシートを使用することができる。
拡散板１６には、各発光ダイオード１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂから出射した光を透過する性質の、一般的な拡散材を用いることができる。例えば、液晶表示装置のバックライト光源に用いられている拡散板（図１８の拡散板１４１）と同様の拡散材料を使用することができる。

発光ダイオード１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂから出射した光は、拡散シート１５に当たって拡散されることによって、各色の光が混合されて、様々な方向へ放射される。
また、光源装置１０の側面の反射材１４に当たった光は、この反射材１４で反射されて、斜め上方へ進む。

さらに、光が上面の拡散板１６に当たって拡散されることにより、光の分布を均一に混合して、所望の色の光（例えば白色光）とすることができる。
反射材１４によって反射された光は、様々な向きを持っていて、向きによって光量がばらついているが、拡散シート１５及び拡散板１６によって拡散させることにより、光の向きによる光量のばらつきを抑えて、均一な分布を有する所望の色の光、例えば均一な白色光とすることが可能になる。

このように、本実施の形態の光源装置１０では、発光ダイオードユニット２０に対して、反射材１４、拡散シート１５、並びに拡散板１６を設けたことによって、３個の発光ダイオード１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂのそれぞれから出射した光を混合して、均一な分布を有する光とすることができる。

光源装置１０から出射する光は、白色光に限らず、所望の色の光を出射させることが可能である。
３色の発光ダイオード１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂの発光強度の比を特定の比率とすることにより、白色光を出射させることができる。
また、３色の発光ダイオード１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂのそれぞれの発光強度を変えることにより、光源装置１０から出射する光の色度を変えて、様々な色とすることが可能である。

上述の本実施の形態の光源装置１０の構成によれば、基板１１上にそれぞれ形成された３色の発光ダイオード１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂから成る発光ダイオードユニット２０に対して、上方の側面を囲う反射材１４、上方の断面Ｘ字状の拡散シート１５、並びに上面の拡散板１６を設けたことによって、３色の発光ダイオード１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂのそれぞれから出射した光を混合して、均一な分布を有する光とすることができる。
これにより、色再現性の良好な光源装置１０を実現することができると共に、光源装置１０の厚さを薄くしても良好な色度分布を得ることができ、光源装置１０を薄型化・小型化することが可能になる。

そして、本実施の形態の光学装置１０では、レンズ等の特別な光学部材を使用する必要がなく、各発光ダイオード１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂ毎に光学部材を設ける必要もない。これにより、特殊で高価な発光ダイオード１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂを用いる必要がなくなる。
また、レンズ等の光学部材を発光ダイオード１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂ毎に設ける場合には、光学部材を支持するために発光ダイオード１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂをパッケージ化する必要が生じるのに対して、光学部材が不要となることにより、各発光ダイオード１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂをベアチップで実装することが可能になる。
従って、部品点数や部品コストを低減することが可能になる。

さらに、本実施の形態の光源装置１０では、３色の発光ダイオード１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂのうち、外側に配置された２つの発光ダイオード１２Ｒ及び１２Ｂにおいて、基板１１を固定している固定材１３が、（光源装置１０の）底面に対して傾斜角度θ＝４５°の傾斜面となっており、これらの発光ダイオード１２Ｒ及び１２Ｂの出射面が底面に対して傾斜角度θ（４５°）の傾斜面となっている。
これにより、３色の発光ダイオード１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂからの出射光を光源装置１０の中心部へ集めて、均一な分布の光に混合させやすくなっている。

本実施の形態の光源装置１０は、照明用、プロジェクタ光源、カラー液晶表示装置のバックライト装置、等の用途に用いることが可能である。
そして、本実施の形態の光源装置１０は、色再現性が良好な光源となるため、このような用途に用いて好適である。

次に、本発明の他の実施の形態として、光源装置の概略構成図を、図３〜図７に示す。
本実施の形態の光源装置においては、図３の平面図に示すように、図２Ａ及び図２Ｂに示した発光ダイオードユニット２０を４個使用して、これら４個の発光ダイオードユニット２０を、共通に細長く形成した基板１１上に間隔を開けて平行に配置している。

さらに、本実施の形態の光源装置において、発光ダイオードユニット２０の部分の断面図を図４に示す。図４に示すように、発光ダイオードユニット２０の基板１１の上方に、側面を囲う反射材１４と、断面がＸ字状の拡散シート１５とが設けられて、アレーユニット３０が構成されている。アレーユニット３０内には、３×４＝１２個の発光ダイオード１２（１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂ）を有している。

本実施の形態の光源装置では、反射材１４及び拡散シート１５の傾きや、拡散シート１５の長さが、図１の光源装置１０と異なっている。また、図１の拡散板１６は設けていない。
反射材１４は、光源装置の底面に垂直ではなく、上側が開くように底面に対して傾斜している。反射材１４の傾斜角度は、外側の発光ダイオード１２Ｒ，１２Ｂの出射面の傾斜角度θよりも大きくなっている。

また、アレーユニット３０の側面図を、図５に示す。
図５に示すように、基板１１の固定材１３は、発光ダイオードユニット２０の部分ではなく、発光ダイオードユニット２０の間の部分に設けられている。

また、アレーユニット３０の発光ダイオードユニット２０の間の部分の断面図を、図６に示す。
図６に示すように、発光ダイオードユニット２０の間の部分の３枚の基板１１上に、接着材（両面テープ等）１７によって反射材１８を貼り付けている。
この反射材１８により、基板１１側に向かった光を、上方に反射させることができる。

また、アレーユニット３０の他の側面図（図５の左右にある側面の側面図）を、図７に示す。
図７に示すように、底面まで延びるように、側面全体に反射材１４を取り付けていることにより、内部の光が漏れないようにしている。

本実施の形態のアレーユニット３０の構成によれば、先の実施の形態の光源装置１０と同様に、基板１１上にそれぞれ形成された３色の発光ダイオード１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂから成る発光ダイオードユニット２０に対して、上方の側面を囲う反射材１４、上方の断面Ｘ字状の拡散シート１５を設けたことにより、３色の発光ダイオード１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂのそれぞれから出射した光を混合して、均一な分布を有する光とすることができる。
これにより、色再現性の良好な光源装置（アレーユニット３０）を実現することができると共に、光源装置の厚さを薄くしても良好な色度分布を得ることができ、光源装置を薄型化・小型化することが可能になる。また、レンズ等の特別な光学部材を使用する必要がなく、各発光ダイオード１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂ毎に光学部材を設ける必要もないため、特殊で高価な発光ダイオード１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂを用いる必要がなくなり、各発光ダイオード１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂをベアチップで実装することが可能になる。
従って、部品点数や部品コストを低減することが可能になる。

また、本実施の形態のアレーユニット３０の構成によれば、先の実施の形態の光源装置１０と同様に、３色の発光ダイオード１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂのうち、外側に配置された２つの発光ダイオード１２Ｒ及び１２Ｂにおいて、出射面が底面に対して傾斜角度θ（４５°）の傾斜面となっているため、３色の発光ダイオード１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂからの出射光を光源装置１０の中心部へ集めて、均一な分布の光に混合させやすくなっている。

さらに、本実施の形態のアレーユニット３０の構成によれば、発光ダイオードユニット２０の間の部分の基板１１上に、反射材１８を設けていることにより、アレーユニット３０の底面側に設けた反射材１８によって、底面側における反射の効率を上げることができるため、発光ダイオード１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂから出射した光の利用効率を向上することができる。
これにより、アレーユニット３０の外へ効率良く光を出射させることができるため、出射光の輝度を充分に確保することができる。
また、出射光の輝度を充分に確保することができるため、より少ないエネルギーでも従来の構成と同等の輝度を得ることが可能になる。
従って、光源装置（アレーユニット３０）の消費電力の低減等の省エネルギー化や高寿命化を図ることが可能になる。
さらに、例えばアレーユニット３０内の発光ダイオード１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂの個数を減らすことにより、発光ダイオード１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂのチップの占める面積や体積を低減して省スペース化を図ることや、部品コストを低減することも可能になる。

本実施の形態のアレーユニット３０を、液晶表示装置のバックライト光源として使用することができる。
例えば、図３〜図７に示した構成のアレーユニット３０を、図８に平面図を示すように、縦３個・横６個の合計１８個配列することにより、２３インチの液晶表示装置のバックライト光源装置４０を構成することができる。
図中３１及び３２は反射板を示し、３３は筐体を示す。

また、このバックライト光源装置４０の縦方向の断面図及び横方向の断面図を、それぞれ図９及び図１０に示す。
図９及び図１０に示すように、筐体３３の上側の開口に、拡散板３４を取り付けることにより、バックライト光源装置４０が構成されている。

そして、アレーユニット３０を配列する個数を変えることにより、３２インチ、４０インチ、４６インチ等の画面サイズに対応させることもできる。
各画面サイズにおける、アレーユニット３０を配列する個数を、表１に示す。表１には、使用する発光ダイオード（ＬＥＤ）の個数も合わせて示している。

発光ダイオードを配置してアレーユニット３０を構成したことにより、使用するアレーユニット３０の個数を変えれば、表１に示すように、様々な画面サイズに適用させることが可能であるため、バックライト装置を光源として用いた液晶表示装置等の装置の設計を簡略化することができる。

発光ダイオードの個数は、表１に示した個数に固定されるものではなく、目標とする発光輝度により任意に設定することが可能である。
そして、目標とする発光輝度に応じて、アレーユニット内の発光ダイオードの個数を（上述した形態の１２個に限らず）任意に設定すればよい。

なお、図８〜図１０に示したように、アレーユニット３０を縦横に継ぎ足して、バックライト装置等の光源装置を構成する場合には、アレーユニット３０同士の継ぎ目を目立たなくするために、側面の反射材１４の厚さを０．８ｍｍ以下とすることが望ましい。

ここで、光源装置の構成（拡散シートの有無や発光ダイオードの出射面の傾斜角度）の違いによる、輝度分布の違いを測定した。

輝度分布の測定に使用した光源装置の各構成の、発光ダイオードユニットの部分の断面図を、それぞれ図１１Ａ〜図１１Ｃに示す。

まず、図１１Ａに示す構成は、３色の発光ダイオード１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂを底面に平行に配置しており、拡散シートは使用しないでアレーユニットを構成している。
アレーユニットの側面の反射材１４は、底面に垂直な下部１４Ａと、上側に広がるように底面に対して傾斜した中央部１４Ｂと、底面に垂直な上部１４Ｃとから成る。
アレーユニットの上面には、拡散板１６を設けている。
また、図３に示したアレーユニット３０と同様に、３色の発光ダイオード１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂから成る発光ダイオードユニット２０を４個配置して、アレーユニットを構成した。

図１１Ａに示す構成の各部の寸法は、以下の通りとした。
発光ダイオード１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂのチップのサイズ：縦及び横９ｍｍ、高さ４．５ｍｍ
基板１１の長さ：１７２ｍｍ
各発光ダイオードユニット２０の中心間の距離：４３．５ｍｍ
拡散材１６の厚さ：２．０ｍｍ
反射材１４の下部１４Ａの高さ：８．４ｍｍ
反射材１４の中央部１４Ｂの高さ：２３．６ｍｍ
反射材１４の上部１４Ｃの高さ：１５．０ｍｍ
アレーユニットの底面の幅：２９．５ｍｍ
アレーユニットの上面の幅：４５．０ｍｍ
アレーユニットの長さ：１７４ｍｍ
固定材１３の厚さ：１．０ｍｍ
なお、反射材１４は、下部１４Ａ及び上部１４Ｃに比較的厚い反射材を用い、中央部１４Ｂに比較的薄い反射材を用いた。これら反射材１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃの厚さは、輝度分布には直接影響しないため、記載を省略する。

次に、図１１Ｂに示す構成は、３色の発光ダイオード１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂの上方に、断面Ｘ字状の拡散シート１５を配置してアレーユニットを構成している。
その他の構成は、図１１Ａに示す構成と同じである。

図１１Ｂに示す構成の拡散シート１５の寸法は、以下の通りとした。
拡散シート１５の厚さ：０．２４ｍｍ
拡散シート１５の幅：４４．１ｍｍ（交点より下部１７．５ｍｍ、上部２６．６ｍｍ）
拡散シート１５の高さ：２３．６ｍｍ（交点より下部９．３ｍｍ、上部１４．３ｍｍ）

次に、図１１Ｃに示す構成は、基板１１を固定する固定材１３を底面に対して傾斜角度θ＝４５°で傾斜させることにより、３色の発光ダイオード１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂのうち、外側の発光ダイオード１２Ｒ，１２Ｂの出射面を、底面に対して傾斜させている。また、反射材１４は下部１４Ａがなく、基板１１上に直接反射材の中央部１４Ｂが設けられている。
その他の構成は、図１１Ｂに示す構成と同じである。

図１１Ｃに示す構成の各部の寸法は、以下の通りとした。
基板１１の幅：１２ｍｍ
固定材１３の厚さ：１．０ｍｍ

これら３つのアレーユニットの構成に対して、輝度分布を測定した。
測定ポイントは、図１２の平面図に丸印で示すように、アレーユニットの上面即ち拡散板１６の上面（発光ダイオードの出射面からの高さ＝４４．５ｍｍ）における、列１〜列９及び行Ａ〜行Ｅの合計４５箇所とした。列５及び行Ｃが、それぞれ、アレーユニットの長さ方向の中心線と幅方向の中心線上にある。なお、図１２では、図１１Ｃに示した構成における発光ダイオード１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂの配置を、測定ポイントと重ねて示している。
測定ポイントの間隔は、列４・列５・列６の間を２２．０ｍｍ、他の列間を２０．０ｍｍ、各行間を８．７ｍｍとした。

そして、アレーユニットの幅方向の中心線（行Ｃの測定ポイントの位置）でホワイトバランスが合うように、１２個の発光ダイオードのそれぞれ出力を調整して、このように調整した状態で、輝度分布を測定した。

図１１Ａに示した構成のアレーユニットにおける、赤色の輝度分布を図１３Ａに示し、緑色の輝度分布を図１３Ｂに示し、青色の輝度分布を図１３Ｃに示す。各図の輝度分布においては、測定ポイントの輝度の測定値に基いて、アレーユニットの幅方向の中心線（行Ｃの測定ポイント）の輝度（最高値）を１．００として、輝度の０．０２刻みに等高線を描いたものであり、以下同様とする。
また、青色の輝度値に対する赤色の輝度値の比を計算して、この計算値を、アレーユニットの幅方向の中心線（行Ｃの位置）における輝度値の比が１となるようにノーマラーズした。これにより得られた結果を、図１３Ｄに示す。図１３Ｄでは、値が１より大きいと赤色の輝度が青色の輝度より高いことを示し、１より小さいと青色の輝度が赤色の輝度よりも高いことを示している。つまり、この図の値が１に近く、緑色の輝度分布が均一であれば、均一性の良い平面白色光に近づくことになる。

図１３Ａ〜図１３Ｃを見ると、緑色の輝度のピークの位置に対して、赤色と青色の各輝度のピークの位置が上下に分かれている。また、図１３Ｄを見ると、図中上側（行Ａ側）では赤色の輝度が高く、下側（行Ｅ側）では青色の輝度が高くなっている。
従って、この図１１Ａに示した構成では、均一性の良い平面白色光を得ることはできないことがわかる。

次に、図１１Ｂに示した構成のアレーユニットにおける、赤色の輝度分布を図１４Ａに示し、緑色の輝度分布を図１４Ｂに示し、青色の輝度分布を図１４Ｃに示す。また、青色の輝度値に対する赤色の輝度値の比の計算値を、アレーユニットの幅方向の中心線における輝度値の比が１となるようにノーマラーズした結果を、図１４Ｄに示す。

図１４Ａ〜図１４Ｃを見ると、赤色と青色の各輝度のピークの位置が緑色の輝度のピークの位置に近づいていることがわかる。また、３色の輝度分布が、似通った分布になっているのがわかる。
一方、図１４Ｄを見ると、まだアレーユニットの幅方向で赤色と青色に分離していて、若干の色分布を有していることがわかる。

次に、図１１Ｃに示した構成のアレーユニットにおける、赤色の輝度分布を図１５Ａに示し、緑色の輝度分布を図１５Ｂに示し、青色の輝度分布を図１５Ｃに示す。また、青色の輝度値に対する赤色の輝度値の比の計算値を、アレーユニットの幅方向の中心線における輝度値の比が１となるようにノーマラーズした結果を、図１５Ｄに示す。

図１５Ａ〜図１５Ｃを見ると、３色とも輝度ピークが中心線付近にあり、３色の輝度分布がほぼ一致していることがわかる。
また、図１５Ｄを見ると、最大値が１．０３、最小値が０．９７であり、かなり１に近づいている。
これにより、色均一性の良好な平面白色光が得られることがわかる。

即ち、発光ダイオード１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂの上方に、断面Ｘ字状の拡散シート１５を設け、外側の発光ダイオード１２Ｒ及び１２Ｂの出射面を底面に対して傾斜角度θ＝４５°で傾斜させて、アレーユニットを構成することにより、色均一性の良好な平面白色光が得られる。

上述の各実施の形態では、外側の発光ダイオード１２Ｒ及び１２Ｂの出射面を底面に対して傾斜角度θ＝４５°で傾斜させていたが、３色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の輝度分布を一致させれば、色均一性の良い平面白色光が得られることから、発光ダイオードの出射面の傾斜角度は必ずしも４５度でなくても良い。
また、反射材１４で囲まれた空間内に配置する拡散シート１５の形状も、上述の各実施の形態に示した断面Ｘ字状に限定されない。

これらの構成を変形した実施の形態を次に示す。
本発明のさらに他の実施の形態として、光源装置の概略構成図を図１６に示す。図１６は、図１１Ａ〜図１１Ｃと同様に、光源装置（アレーユニット）の発光ダイオードユニットの部分の断面図を示している。

本実施の形態では、図１６に示すように、外側の発光ダイオード１２Ｒ及び１２Ｂの傾斜角度αを３０°にしていると共に、底面に平行に拡散シート１５を設けている。
その他の構成は、図１１Ｃに示した構成のアレーユニットと同様となっている。
このようにアレーユニットを構成しても、色均一性の良好な平面白色光が得られる

実際に本実施の形態のアレーユニットを作製して、前述した方法により、輝度分布の測定を行った。
アレーユニットの各部の寸法は、以下のようにした。
発光ダイオード１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂのチップのサイズ：縦及び横９ｍｍ、高さ４．５ｍｍ
各発光ダイオードユニット２０の中心間の距離：４３．５ｍｍ
拡散材１６の厚さ：２．０ｍｍ
反射材１４の中央部１４Ｂの高さ：２０．１ｍｍ
反射材１４の上部１４Ｃの高さ：１３．０ｍｍ
アレーユニットの底面の幅：２５．８ｍｍ
アレーユニットの上面の幅：３８．９ｍｍ
アレーユニットの長さ：１５０．６ｍｍ
固定材１３の厚さ：１．０ｍｍ
拡散シート１５の厚さ：０．２４ｍｍ

なお、上記寸法では、前述した図１１Ｃの構成の寸法よりもアレーユニットの幅や長さが小さくなっているが、測定ポイントの間隔は同一のままでも図１２に示した４５箇所の測定ポイントがアレーユニットの上面に収まる。この場合も、図１２の測定ポイントのうち、列５及び行Ｃが、それぞれアレーユニットの長さ方向の中心線と幅方向の中心線上にあるように配置した。

本実施の形態のアレーユニットにおける、赤色の輝度分布を図１７Ａに示し、緑色の輝度分布を図１７Ｂに示し、青色の輝度分布を図１７Ｃに示す。
また、青色の輝度値に対する赤色の輝度値の比の計算値を、アレーユニットの幅方向の中心線における輝度値の比が１となるようにノーマラーズした結果を、図１４Ｄに示す。

図１７Ａ〜図１７Ｃを見ると、３色とも輝度ピークが中心線付近にあり、３色の輝度分布がほぼ一致していることがわかる。
また、図１７Ｄを見ると、最大値が１．０２、最小値が０．９４であり、かなり１に近づいている。
これにより、色均一性の良好な平面白色光が得られることがわかる。

即ち、発光ダイオード１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂの上方に、底面に平行に拡散シート１５を設け、外側の発光ダイオード１２Ｒ及び１２Ｂの出射面を底面に対して傾斜角度α＝３０°で傾斜させて、アレーユニットを構成した場合も、色均一性の良好な平面白色光が得られることがわかる。

そして、拡散シート１５の断面形状や、外側の発光ダイオード１２Ｒ及び１２Ｂの出射面の傾斜角度を変えても、色均一性の良好な平面白色光が得られることがわかる。

なお、外側の発光ダイオード１２Ｒ及び１２Ｂの出射面の傾斜角度は、１０°〜８０°の範囲内とすることが望ましい。

上述した各実施の形態の光源装置は、照明用、プロジェクタ光源、カラー液晶表示装置のバックライト装置、等の用途に用いることが可能である。

例えば、これら各実施の形態の光源装置をバックライト装置に適用して、透過型のカラー液晶表示パネルと、このカラー液晶表示パネルの背面側に設けられたバックライト装置とから、カラー液晶表示装置を構成することができる。
カラー液晶表示装置用のバックライト装置に適用する場合には、各発光ダイオードユニット２０又はアレーユニットを、例えば図８に示したと同様にマトリックス状に配置することにより、バックライト装置を構成する。

このようなカラー液晶表示装置の一形態の概略構成図（分解斜視図）を図１８に示す。
図１８に示すカラー液晶表示装置１００は、透過型のカラー液晶表示パネル１１０と、このカラー液晶表示パネル１１０の背面側に設けられたバックライトユニット１４０とから成る。

透過型のカラー液晶表示パネル１１０は、ガラス等で構成された２枚の透明な基板（ＴＦＴ基板１１１、対向電極基板１１２）を互いに対向配置させ、その間隙に、例えば、ツイステッドネマチック（ＴＮ）液晶を封入した液晶層１１３を設けた構成となっている。ＴＦＴ基板１１１には、マトリクス状に配置されたスイッチング素子としての薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）１１６と、画素電極１１７とが形成されている。
薄膜トランジスタ１１６は、走査線１１５により、順次選択されると共に、信号線１１４から供給される映像信号を、対応する画素電極１１７に書き込む。
対向電極基板１１２は、その内表面に、対向電極１１８及びカラーフィルター１１９が形成されている。

カラーフィルター１１９は、図示しないが、各画素に対応したセグメントに分割されている。例えば、３原色である赤色フィルター、緑色フィルター、青色フィルターの３つのセグメントに分割されている。

このカラー液晶表示装置１００では、このような構成の透過型のカラー液晶表示パネル１１０を２枚の偏光板１３１，１３２で挟み、バックライトユニット１４０により背面側から白色光を照射した状態で、アクティブマトリクス方式で駆動することによって、所望のフルカラー映像を表示させることができる。

バックライトユニット１４０は、カラー液晶表示パネル１１０を背面側から照明するものである。図１８に示すように、バックライトユニット１４０は、光源を備え、光源から出射された光を混色した白色光を光照射面１２０ａから面発光するバックライト装置１２０と、このバックライト装置１２０の光出射面１２０ａ上に積層された拡散板１４１とから構成されている。
拡散板１４１は、光出射面１２０ａから出射された白色光を拡散させることにより、面発光における輝度の均一化を行うものである。
図８〜図１０に示したバックライト光源装置４０を用いて、図１８に示すカラー液晶表示装置１００を構成した場合には、図９及び図１０に示す拡散板３４が図１８の拡散板１４１となる。

そして、バックライト装置１２０は、３色Ｒ，Ｇ，Ｂの発光ダイオードから成る発光ダイオード群が、図示しないが、マトリックス配置されて構成される。
これにより、各発光ダイオード群において、効率良く光が出射されるので、カラー液晶表示パネル１１０に表示される画像の輝度を充分に確保することができる。
また、画像の輝度を充分に確保することができるため、より少ないエネルギーでも従来の構成と同等の輝度で画像を表示することが可能になる。

なお、上述した各実施の形態では、基板１１上に各発光ダイオード１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂのチップを直接配置した、いわゆるベアチップ実装となっているが、各発光ダイオード１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂのパッケージを実装してもよい。
この場合、各発光ダイオード１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂのパッケージの上を拡散シートで覆い、周囲を反射材で囲って、発光ダイオードユニット（光混合器）を構成すればよい。

上述した各実施の形態のように、基板１１上に各発光ダイオード１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂのチップを直接配置したベアチップ実装とした場合には、放熱性を向上させることができることから、この点によっても発光ダイオード１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂの発光効率を高めることができる利点を有する。

また、上述の各実施の形態では、３色の発光ダイオード１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂを１個ずつ合計３個の発光ダイオードにより発光ダイオードユニットを構成していたが、本発明において、発光ダイオードユニットを構成する発光ダイオードの発光色や個数は他の構成も可能である。
例えば、少なくとも一部の発光色の発光ダイオードを複数個設けたり、２色の発光色又は４色以上の発光色の発光ダイオードを用いたりして、発光ダイオードユニットを構成しても良い。

そして、発光ダイオードユニット内の発光ダイオードの出射面の傾斜のさせ方は、上述の各実施の形態のように、３個１列の発光ダイオードの外側の発光ダイオードを傾斜させる構成に限らず、その他の構成も可能である。
２個の発光ダイオードを用いる場合には、例えば、２個の発光ダイオードを内側に向かい合うように、それぞれ底面から傾斜させる構成が考えられる。
４個の発光ダイオードを用いる場合には、例えば、縦横に２個ずつ配置して、中心点側に向かうように、それぞれ底面から傾斜させる構成が考えられる。
５個の発光ダイオードを用いる場合には、中央に１個、その前後左右に１個ずつ配置して、中央の発光ダイオードに対して、その他の４個の発光ダイオードを内側に向かい合うように、それぞれ底面から傾斜させる構成が考えられる。
いずれの構成も、複数個の発光ダイオードを、内側に向かい合うように出射面を傾斜させている。

さらにまた、上述の各実施の形態では、発光素子として、発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いたが、本発明では、その他の発光素子を用いて光源装置を構成してもよい。例えば、半導体レーザ等を発光素子として用いることも可能である。

本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。

本発明の一実施の形態の光源装置の概略構成図（断面図）である。 Ａ 図１の光源装置の光ダイオードユニットの平面図である。 Ｂ 図２Ａの光ダイオードユニットの断面図である。 本発明の他の実施の形態の光源装置（アレーユニット）における発光ダイオードユニットの配置を示す平面図である。 本発明の他の実施の形態の光源装置（アレーユニット）の発光ダイオードユニットの部分の断面図である。 図４のアレーユニットの側面図である。 図４のアレーユニットの発光ダイオードユニットの間の部分の断面図である。 図４のアレーユニットの他の側面図である。 バックライト装置におけるアレーの配置を示す平面図である。 バックライト装置の画面縦方向の断面図である。 バックライト装置の画面横方向の断面図である。 Ａ〜Ｃ 輝度分布を測定した光源装置の各構成の概略構成図（断面図）である。 輝度分布の測定ポイントの配置を示す平面図である。 Ａ〜Ｄ 図１１Ａに示した構成の輝度分布である。 Ａ〜Ｄ 図１１Ｂに示した構成の輝度分布である。 Ａ〜Ｄ 図１１Ｃに示した構成の輝度分布である。 本発明のさらに他の実施の形態の光源装置（アレー）の概略構成図（断面図）である。 Ａ〜Ｄ 図１６に示した構成の輝度分布である。 光源装置をバックライト光源として備えたカラー液晶表示装置の一形態の概略構成図（分解斜視図）である。

符号の説明

１０ 光源装置、１１ 基板、１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂ 発光ダイオード、１３ 固定材、１４，１７，３１，３２ 反射材、１５ 拡散シート、１６，３４ 拡散板、３０，５０ 光源装置（アレーユニット）、４０ バックライト装置、１００ カラー液晶表示装置

Claims (7)

1. 少なくとも２種類以上の発光色の発光素子から１つの発光素子群を構成し、前記発光素子群から成る光源装置であって、
   各前記発光素子群において、前記発光素子群を構成する各前記発光素子の出射面が内側に向かい合うように傾斜し、
   前記発光素子群を構成する前記発光素子全体を覆って、上方に開口を有する反射材が設けられていると共に、前記発光素子の上方に、拡散材料からなる拡散シートが設けられている
   ことを特徴とする光源装置。
2. 前記拡散シートが、前記発光素子の上方で交差したＸ字状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 各前記発光素子群が、赤色の発光色の発光素子と、緑色の発光色の発光素子と、青色の発光色の発光素子とを少なくとも有して成ることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
4. 各前記発光素子群は、赤色の発光色の発光素子と緑色の発光色の発光素子と青色の発光色の発光素子とが１個ずつ順に配置された列を有し、各列の外側にある赤色の発光色の発光素子及び青色の発光色の発光素子の出射面が、各列の中央にある緑色の発光色の発光素子の出射面に対して内側に向かい合うように傾斜していることを特徴とする請求項３に記載の光源装置。
5. 各列の外側にある発光素子の出射面の中央にある発光素子の出射面に対する傾斜角度が、１０°〜８０°の範囲内にあることを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
6. 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に記載の光源装置。
7. 画像を表示する表示部と、
   前記表示部を背面側から照明する光源装置とを備えて成り、
   前記光源装置は、少なくとも２種類以上の発光色の発光素子から１つの発光素子群を構成し、各前記発光素子群において、前記発光素子群を構成する各前記発光素子の出射面が内側に向かい合うように傾斜し、前記発光素子群を構成する前記発光素子全体を覆って、上方に開口を有する反射材が設けられていると共に、前記発光素子の上方に拡散材が設けられている
   ことを特徴とする表示装置。

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