(57)【要約】【目的】本発明は、液晶パネルのバックライト及び光源装置に関し、特に赤色、緑色、青色の３原色の発光ダイオードを用いて高輝度の白色光源を得ようとするものである。【構成】液晶用バックライト或いは照明用光源装置において、光源として発光素子に対向して反射面を備え、発光素子から放射された光の殆どを一旦反射面で受けた後に、光制御された均斉度の高い光として外部へ放射する事の出来る反射型構造の発光ダイオードを採用し且つ反射型発光ダイオードの放射面とダイクロイックプリズムとの間に各色のダイクロイックプリズムを透過後のダイクロイックプリズムの放射面に於ける透過率分布に対応するように透過率分布シート、フレネルレンズ、ルーバーシート或いは拡散板などのさらなる均斉度を向上させるための光学的手段を備えることによって、ダイクロイックプリズムにより合成された均斉度の高い白色光を得られる様に構成する。【選択図】　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤、緑、青の３原色の発光ダイオードを光源として用いたダイクロイックプリズムにて合成光を得ようとする装置であって、前記発光ダイオードが発光素子と反射面が対向して配置され、発光素子から放射された光を一旦反射面で受けた後に外部へ放射することが出来る構成とした反射型発光ダイオードを用い、且つ反射型発光ダイオードの放射面に均斉度を改善するために反射型発光ダイオードとダイクロイックプリズムとの間に光学的手段を備えて成る発光ダイオード光源装置
【請求項２】
前記光学的手段として、ダイクロイックプリズムの各色の光路における透過率分布或いは反射率分布に対応して略出射面全域にて各色の透過率が一定になるように工夫された透過率分布シート或いは拡散シートを反射型発光ダイオードの放射面とダイクロイックプリズムの入射面との間に配置したことを特長とする発光ダイオード光源装置。
【請求項３】
前記赤、緑、青の３原色のそれぞれの多数個の反射型発光ダイオードにおいて個別或いはグループ別に発光量が調整可能なように構成されていることを特長とする第一項記載の発光ダイオード光源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、液晶パネルのバックライト及び光源装置に関し、特に赤色、緑色、青色の３原色の発光ダイオードを用いて高輝度の白色光源を得ようとするものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から発光ダイオ−ドを用いて高演色性、色再現性の高い且つ高輝度のバックライト光源を得ようとしたときの構成例を図５に示す。赤色、緑色、青色、三原色のそれぞれの単色発光ダイオード５１ｒ、ｇ、ｂ或いは複数個の発光素子が搭載された多色発光ダイオードを透明樹脂で略板状に形成された導光板５３の少なくとも一辺の端面に光の出射方向を対峙させて赤色、緑色、青色の発光ダイオードが順列になるように配置され、このようにすることによって各発光ダイオードからある程度離れた前方では互いの光が混色し合うことによって白色光が得られ、さらに混色性を向上させるために対向する導光板の端面から対向する２辺における発光ダイオードの配列が、少なくとも同色で対向することのないように配置することによってさらなる混色性に対する改善が図られている。
そして、上述の発光ダイオードとして図５に示すような発光素子５１ｒ、ｇ、ｂの前方に樹脂レンズ５２を設けた俗に砲弾型発光ダイオードと称されている高輝度発光ダイオードが使用され、高輝度のバックライト光源を得ている。
一方、図６に示すようなダイクロイックミラー或いはダイクロイックプリズムを利用したものも提案されている。ダイクロイックプリズム６０は青色を反射するダイクロイックミラー６２と赤色を反射するダイクロイックミラー６３とが互いに直角になるように精度良く組み合わされているものである。同図に示すように配置された発光素子の前方に樹脂レンズを設けた構造の赤色発光ダイオード６１ｒ、緑色発光ダイオード６１ｇ、青色発光ダイオード６１ｂの、例えば青色の発光ダイオード６１ｂから放射された光は前記青色を反射するダイクロイックミラー６２の作用により反射屈折して液晶パネル６４に光が誘導される。同様に赤色発光ダイオード６１ｒから放射された光は前記赤色反射のダイクロイックミラー６３の作用により反射屈折して液晶パネル６４に導かれる。さらに、緑色発光ダイオード６１ｇから放射された光はダイクロイックミラーに反射されることなく通過直進して液晶パネル６４に導かれる。このようにして赤色、緑色、青色の光は光路上において合成された光として液晶パネル６４へ導かれることになる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような俗に砲弾型発光ダイオードと称されている発光ダイオードを利用した従来技術のバックライト光源では液晶に導かれる光の色ムラ及び輝度ムラが激しいという点から広告看板用バックライトといったムラが余り問題にならない用途や液晶ファインダーのような小型のディスプレイへ活用できていたのが現状であった。
又、輝度についても従来から多く使用されている冷陰極ランプ方式と比較すると色再現性は発光ダイオードの３原色方式の方が優るものの圧倒的に冷陰極式の方が輝度が高いなどの問題があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記の課題を解決するために次の構成とした。
本発明の液晶用バックライト或いは照明用光源装置においては、光源として発光素子に対向して反射面を備え、発光素子から放射された光の殆どを一旦反射面で受けた後に、光制御された均斉度の高い光として外部へ放射する事の出来る反射型構造の発光ダイオードを採用し且つ反射型発光ダイオードの放射面とダイクロイックプリズムとの間に各色のダイクロイックプリズムを透過後のダイクロイックプリズムの放射面に於ける透過率分布に対応するように透過率分布シート、フレネルレンズ、ルーバーシート或いは拡散板などのさらなる均斉度を向上させるための光学的手段を備えることによって、上述したダイクロイックプリズムにより合成された均斉度の高い白色光を得ることを特長とする。
【０００５】
例えば、一例を示すとダイクロイックプリズムの透過特性の概念を図４にて説明するとある均一な光量を放射する光源４１から放射された光のうち、光路４２のようにダイクロイックプリズム４０内を通過する距離が長い場合はダイクロイックプリズム４０自身による光吸収の影響でプリズムの出射面から出た光の透過率は低下し、一方、４３に示すような光路を経た光はその距離が短く透過率が高くなることから透過率を一定にするための光学的な手段が必要となり、４２の光路上には透過率の高いフィルターを介し、光路４３上には透過率の低いフィルターを介する必要がある。
【０００６】
このような構成にしたことによって、実用上問題のない均斉度が高く、輝度も従来からある砲弾型発光ダイオードを用いた同様の装置の５倍以上になりこの点においても実用上問題ないものとなり、実用に供することが出来た。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を第１〜５図において説明する。実施例１の第１図において、１１は発光素子であり、１２ａ，ｂはリ−ドフレ−ム、１３は金線である。
発光素子１１は、リ−ドフレ−ム１２ａ上の所定の位置に設けられた素子搭載用ラウンドの部位に導電性樹脂１４を介して固定され、発光素子１１と一方のリ−ドフレ−ム１２ｂとの電気的接続は金線１３によってなされている。
このように構成された発光素子１１が搭載されたリードフレーム１２ａ、ｂをアルミニウム或いは銀からなる蒸着或いはメッキ層からなる反射面１５を内側に備えた凹面体１６の凹面に対向する形で配置し、凹面体１６との間の隙間に透明エポキシ樹脂１７を充填させ、硬化させ完成させる。この様に用意した反射型構造を持つ発光ダイオードにおいて図２に示すような赤色、緑色、青色の各３原色の複数個の反射型構造を持つ発光ダイオードを二次元的に密着配列した面光源２１ｂ，ｇ，ｒを作成する。
一方、上記面光源の大きさに対応した青色及び赤色を反射するダイクロミラーから構成される前述説明のダイクロイックプリズム２２を用意し、各所定の入射面側にダイクロイックプリズム２２の透過率及び反射率による総合的な透過率の変化に合致させるように一定の透過率分布を持つ各透過率分布シート２３ｒ、ｇ、ｂを密着させ、さらに反射型発光ダイオードから成る各面光源２１ｒ、ｇ、ｂを密着させる。
このように用意した光学ユニットにおいて、さらに各色の発光ダイオード面光源２１のダイクロイックプリズム２２の放射面から出射される光量比が、赤：緑：青が１〜２：１０：４〜５に成るように各色の全体の通電電流を制御し、所望の色温度の白色を得る。
このような構成の光源ユニットは白色スポット照明装置として使用される。
【０００８】
実施例２は、上記した反射型構造を持つ３原色の各色発光ダイオード３１ｂ、ｇ、ｒを一次元的に一列に配置し、実施例１と同様にダイクロイックプリズム３２と前記した透過率分布シート３３ｂ、ｇ、ｒを用いて図３のような光源部ユニットを作成する。
さらに、ダイクロイックプリズム３２の放射面側に液晶バックライト用のサイドエッジ型導光板３４の入射端を密着固定させ、ダイクロイックプリズムから出射された光を導光板３４へと導くことによって高輝度サイドエッジ型液晶バックライトユニットを完成させる。
このことによって色再現性の良い、高輝度、薄型で均斉度の高い液晶バックライトが得られた。
【０００９】
上記実施例においては、ダイクロイックプリズムから放射された光の均斉度を向上させるために透過率分布シートを使用したが、多数個の反射型発光ダイオードを配列した面光源において、発光ダイオード個々の通電電流を制御することによってもある程度の目的を達成できることが容易に予想できるが、この場合、個々の発光ダイオードの通電電流を制御しても均斉度の改善はあっても実用上問題は残り、電流制御用抵抗が必要になるなど実質的な光源部の大きさが大きくなってしまう欠点も生じる。
【００１０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、発光素子を反射面に対向して搭載することによって発光素子から放射された光を一旦反射面で受けた後に外部へ放射できる多数個の反射型発光ダイオードを光源として用い、光学ユニットとしての光の均斉度を上げるためにダイクロイックプリズムの各色に於ける透過率分布に対応して透過率を一定に保つための光学的手段を施した光学系を介した後にダイクロイックプリズムの各色の入射面側から入射させ、合成された光としてダイクロイックプリズムの出射面から放射させた構成とすることによって、発光素子から放射された光を効率よく且つ均斉度に優れた合成された白色光として取り出すことが可能となる。
【００１１】
【図面の簡単な説明】
【図１】第１図は本発明に基付く反射型発光ダイオードの構造断面図である。
【図２】第２図は本発明による第一の実施例に基づく構造図。
【図３】第３図は本発明による第二の実施例に基づく構造図である。
【図４】第４図は本発明によるダイクロイックプリズムの透過特性を説明するための一例図である。
【図５】第５図は従来からある３原色の砲弾型発光ダイオードを用いて液晶のバックライトとして応用されている例である。
【図６】第６図は従来からある３原色の砲弾型発光ダイオードとダイクロイックプリズムを用いて合成された光を得るための構成を説明したものである。
【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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