专利名称：发光光源及其发光光源阵列的制作方法
技术领域：
本发明涉及发光光源和发光光源阵列，特别地，涉及利用LED(发光二极管)芯片的发光光源和发光光源阵列。进而，本发明还涉及利用发光光源阵列的照明装置和液晶显示装置等。
背景技术：
近年，作为薄型电视机的代表，液晶电视机正逐渐普及起来。在液晶电视机中使用的液晶板通过在每个像素上使光透射或者遮断来生成图像，但由于液晶板本身不具有发光的功能，因此，必须具有背光(面光源装置)。由于已经可以制造大屏幕液晶电视机，因此对液晶电视机用背光(backlight)要求其具有大面积的发光面，并且具有很高的辉度(brightness)，且在整个面上具有均匀的辉度。以下，对用于液晶电视机的现有的液晶显示器或背面光进行说明。
(现有例1)图1是表示现有液晶显示器结构的概略剖面图。该液晶显示器11具有在液晶板12的背面配置背光13的结构。背光13将光扩散薄膜(film)15、棱镜片(prism sheet)16、以及辉度增强薄膜17配置在平行排列的多个冷阴极管14的正面，用反射薄膜18遮盖冷阴极管14的侧面和背面。于是，在该液晶显示器11中，由背光13从背后对整个液晶板12进行照明，通过控制液晶板12的各个像素，对光进行透射或遮断，从而对入射光进行空间调制，生成期望的图像。
在这样的背光13中，由于作为光源利用冷阴极管14，因此，虽然实现背光的薄型化，但当用于彩色液晶显示器时，会产生三原色的彩色显影不好，在色彩再现性方面较差的不良现象。
(现有例2)图2是表示现有的另一结构的液晶显示器的概略剖面图。在该液晶显示器19中，作为背光20的光源，利用具有红、绿、兰光色的炮弹型LED21R、21G、21B。在该背光20中，使红、绿、兰三色的LED21R、21G、21B以3个为一组，以适当的间隔，将多组的该3个一组的LED排列起来。
在这样的液晶显示器19中，从各LED21R、21G、21B投射的各色的光，通过位于配置有LED21R、21G、21B的面与棱镜片16之间的空间、以及光扩散薄膜15而被混色，同时，其光强度和混合色被均匀化。进而，透过棱镜片16的光再透过辉度增强薄膜17，对液晶板12的背面进行照明。
根据该背光20，由于利用LED21R、21G、21B作为光源，因此可以良好地获得液晶显示器19的色彩再现性。特别地，可以认为，对于色彩再现性良好这一点，在与使用了冷阴极管或白色LED的背光比较时，显示出使用了三原色LED的背光的优越性，并且伴随液晶电视机的高品位化，可以认为，今后，使用LED的背光将逐渐成为主流。
但是相反地，在该背光20中，由于利用三色的LED21R、21G、21B，并使这些颜色混色，因此，在LED21R、21G、21B的配置面与棱镜片16之间的、用于使三色光混色并使其光强度与混色状态均匀化的空间(以下，将该空间称为用于均匀化的空间)24的厚度变大，因此，存在背光20的厚度增大的缺点。
例如，如图3所示，考虑如下的情况，即，使用射束展开角为40度的3个炮弹型LED21R、21G、21B，使从这些LED21R、21G、21B投射的光在直径D＝30mm的圆形区域内均匀地进行混色，并得到均匀的光强度。在本说明书中，所谓均匀的光强度，就是指其偏差在±10％以内，此外，还把要得到均匀的光照射面(均匀照度)的面(例如，就是液晶板12背面的位置)称为目标面。在此情况下，为了在目标面22上使三色光均匀地混色，并以均匀的光强度(照度)对目标面22进行照明，则在LED21R、21G、21B的排列面与棱镜片16之间的用于均匀化的空间24的厚度必须为L1＝75mm，并且，棱镜片16与目标面22的距离必须为L2＝21mm。从而，如果把从反射薄膜18的背面到目标面22的距离定义为背光的厚度，将电路基板与反射薄膜18的总厚度定为L3＝4mm，则背光20的厚度为L1+L2+L3＝100mm。
由于利用冷阴极管的现有例1那样的背光13的厚度为30mm左右，因此现有例2所用的背光20的厚度就变得相当大。
图4(a)表示以30mm的间隔配置如图3所示的一组LED21R、21G、21B的状况，图4(b)表示在此时的目标面中的光强度(照度)的分布。图4(a)中用实线表示的目标面22，其表示从LED21R、21G、21B的配置面起位于L1+L2＝96mm处的面，图4(a)中用虚线表示的目标面23，其表示比实线的目标面22相当接近LED21R、21G、21B的目标面。在实线的目标面22的情况下，如图3的说明那样，在该目标面22上，由于光均匀地扩散到直径30mm的区域，因此在该目标面22中的光强度的分布如图4(b)用实线表示的那样，得到遍及整体的均匀的光强度分布。相对于此，在如图4(a)中用虚线表示的目标面23的位置上，如图4(b)中用虚线表示的光强度分布那样，光强度发生较大变动，不能均匀分布。
在现有例2中所用那样的背光20中，如果要使目标面23接近LED21R、21G、21B，并且使目标面23中的光强度均匀的话，如图5(a)、(b)所示，必须使LED21R、21G、21B的个数增加，使配置密度加大。从而，在这样的情况下，就需要大量的LED21R、21G、21B，存在着增大成本和增加消耗电力的问题。并且，虽然考虑到使用射束展开角更宽的LED，可以减少LED的个数，但即便使用射束展开角更宽的LED，由于发光效率较差而几乎不能减少LED的个数。
这样地，在现有例2中，不能制作出厚度薄、光强度的分布和色彩的混合状态均匀、并且消耗电力低的背光，不得不牺牲某些性能。
(现有例3)图6是表示现有的另一结构的背光(专利文献2)结构的概略剖面图。在该背光25中，在基板26上安装有多个发光光源27，在各发光光源27的前方，配置有如图7所示的菲涅耳凹透镜状的光学元件28，在其整体的前方配置导光板29。进而，用光学元件28，使从各发光光源27内的各色LED芯片投射的光扩散，扩展到整个导光板29，并透过导光板29，由此使视场角变窄的光照射到液晶板等上。
在这样结构的背光25中，通过利用三原色的LED芯片，也可以使其具有在液晶显示器中使用时的良好的色彩再现性。
但是，即使是这样的背光25，要使从发光光源27投射的各色光均匀地混合也是困难的。因此，必须在光学元件28与导光板29之间的空间中，使各色光均匀地混合，为此，必须使得用于均匀化的空间内具有充分的光路长度，使光学元件28与导光板29之间的空间的厚度变得相当大。
具体来说，在该背光25中，如图8(a)所示，在接近发光光源27的虚线的目标面23上，如图8(b)中用虚线表示的那样，光强度并不均匀。从而，如图8(b)中用实线表示的那样，如果要得到均匀的光强度分布，就必须如图8(a)中用实线表示的目标面22那样，使目标面22充分离开发光光源27。为此，在该背光25中，厚度约为70mm程度，难以实现薄型化。此外，在该背光25中，如果要使目标面中的亮度分布均匀，发光光源27的个数就会增多。
专利文献1日本特开2004-189092号公报专利文献2日本特开2003-297127号公报如上所述，在现有的背光中，虽然使用红、绿、兰3色的LED时，其色彩再现性方面相当优秀，但使用了3色的LED的背光，由于用于均匀化的空间变大，因此不得不牺牲厚度、均匀性和消耗电力中的某些方面，不能制作出厚度薄、光强度分布和颜色混合的状态均匀、并且消耗电力低的背光。
发明内容
于是，本发明的目的在于，提供一种发光光源阵列，其照射面的光强度(照度)均匀(特别地，当包含发光色不同的多个发光元件时，色彩的混合状态均匀)、厚度薄、并且消耗电力少、使用LED等发光元件。进而，本发明的目的还在于提供用于该发光光源阵列的发光光源、和利用该发光光源的照明装置与液晶装置。
本发明的发光光源是这样一种发光光源，其具有使光反射的反射部件；配置在上述反射部件的光反射面侧的导光部；朝向上述导光部投射光的发光元件。其特征在于上述发光元件配置在上述反射部件的光轴上；上述导光部具有光投射面，其将从上述发光元件投射的光以及由上述反射部件反射的上述发光元件的光投射到外部；上述导光部的光投射面的一部分形成为，可以使与上述光轴形成预定的角度的、从上述发光元件投射的光被全反射，使其朝向上述反射部件方向；上述反射部件在一部分上具有逆倾斜区域，其将由上述导光部的光投射面的一部分全反射来的光，朝向逐渐远离上述光轴的方向进行反射，使其朝向离开上述光轴的上述导光部的周边部。
在该发光光源中，由于使与光轴形成预定角度的、从发光元件投射的光在光投射面的一部分上全反射，使其朝向反射部件的方向，再利用设置在反射部件的逆倾斜区域，使该光朝向逐渐远离光轴的方向反射，可以使其朝向离开光轴的导光部的周边部，因此，可以使从发光元件以预定投射角度投射的光从发光光源的周边部投射出去。从而，在发光光源的周边部，发光光源不容易变暗，可以使发光光源的辉度更加均匀化。此外，由于发光光源的辉度分布变得均匀，因此可以实现发光光源的薄形化。加之，作为发光光源，如果采用红、绿、兰光色的发光元件的话，当用于液晶显示装置时，其色彩再现性良好，即使其厚度较薄，也可以均匀地进行混色。
本发明的实施方式中的上述反射部件的逆倾斜区域越朝向外周方向，就越向与上述导光部的光投射面的相反一侧斜着倾斜。通过设置这样倾斜的逆倾斜面，就可以使由导光部的投射面的一部分全反射的预定角度的光，向导光部的周边部反射。
在本发明的发光光源的另一实施方式中，通过使在上述逆倾斜区域反射后的光在上述导光部的光投射面进行全反射，将其引导到上述反射部件的周边部。在所述的实施方式中，由于使在逆倾斜区域被反射的光在导光部的光投射面进行全反射后，引导向反射部件的周边部，因此，光的光路自由度得到提高，也提高了反射部件的设计自由度。
在本发明的发光光源的再一实施方式中，将在上述逆倾斜区域被反射的光直接地引导向上述反射部件的周边部。根据这样的实施方式，就可以减小被引导向反射部件的周边部的光的损失。
在本发明的发光光源的又一实施方式中的上述发光元件，由发光色不同的2个或者2个以上的发光二极管构成。根据所述的实施方式，在应用于彩色液晶显示装置时，可以使液晶显示装置的画面的色彩再现性良好。加之，在本发明中，由于在发光光源的导光部内部可以获得长光路，因此，从各发光二极管投射的各色光的混色性能变好，从而，在发光光源外部所必要的用于使光强度或色彩混合状况均匀化的空间的厚度可以较小。
在本发明的发光光源的又一其它实施方式中，从正面观察的外形为正方形、长方形、正六角形或正三角形。根据所述实施方式的发光光源，可以没有间隙地配置发光光源，可以制作出辉度高的发光光源阵列，同时，可实现均匀的发光。
在本发明的发光光源的又一其它实施方式中，从正面观察的外形为圆形或椭圆形。根据所述实施方式，当制作发光光源阵列时，在发光光源间可保留间隙，可以实现发光光源的节电化。此外，不必为了调整发光光源的形状而进行切割，使发光光源的制造变得容易。加之，在这样形状的发光光源中，由于没有壁角部分，因此使发光光源的设计变得容易。
在本发明的发光光源的又一其它实施方式中，其特征在于，上述逆倾斜区域形成在上述反射部件的中心部附近，并使其越朝向外周方向，越向上述导光部的相反一侧斜着倾斜。上述导光部的光投射面具有第1区域，其使从上述发光元件投射的光透过，投射到导光部的外部；第2区域，其使从上述发光元件投射的光全反射，使其朝向上述反射部件的方向，并且使由反射部件反射的光透过，投射到导光部的外部；第3区域，其形状应这样确定，其使与上述光轴形成预定角度的、从上述发光元件投射的光在其与第1区域之间全反射，并使其朝向上述反射部件的逆倾斜区域，并且，将由逆倾斜区域反射的光引导向上述反射部件的周边部，使由反射部件的周边部反射的光投射到导光部的外部。
根据所述实施方式，使发光元件的光从第1区域直接投射，并且，通过使从发光元件投射的光在第2区域进行全反射，再由反射部件使其反射，从第2区域投射到外部，从而可以使发光光源的整个光投射面均匀地发光。加之，由于使从发光元件投射的光在第3区域和第1区域被全反射，使其入射到逆倾斜区域，将由逆倾斜区域反射的光引导向反射部件的外周部并投射到外部，因此，可以使来自于发光光源的投射角度小且光强度大的光从发光光源的周边部投射出去。从而，在发光光源的周边部，发光光源不容易变暗，可以更进一步使发光光源的辉度均匀化。此外，由于发光光源的辉度分布均匀，因此，可以实现发光光源的薄形化。加之，在本发明中，由于在发光光源的导光部内部可以获得长光路，因此在利用多个光色的发光元件时，从各发光元件投射的各色光的混色性良好，从而发光光源外部所必要的用于使光强度或颜色的混合状况均匀化的空间的厚度可以较小。
本发明的又一其它实施方式是在上述实施方式中，进一步地，在上述导光部的光投射面中，在上述第1区域和上述第2区域之间设置槽，在该槽的内周侧的倾斜的侧面上，形成上述第3区域，使从上述发光元件投射的光在上述第3区域全反射，接着，使其在上述第1区域全反射，并将其引导向上述逆倾斜区域。根据该实施方式，可以将向第1区域和第2区域之间的区域投射的光强度大的光引导向发光光源的周边部，可以使发光光源的周边部变得明亮。
本发明的又一其它实施方式是在上述实施方式中，进一步地，在上述导光部的光投射面中，在上述第1区域和上述第2区域之间设置槽的同时，在上述第1区域中形成圆锥状的凹部，在上述槽的内周侧的倾斜的侧面与上述凹部的侧面上，形成上述第3区域，使从上述发光元件投射的光在上述凹部的第3区域全反射，接着，使其在上述第1区域全反射，进而，使其在上述槽的侧面的第3区域全反射，以将其引导向上述逆倾斜区域。根据该实施方式，与上述实施方式的情况相比，可以将投射角更小的光引导向发光光源的周边部，可以使发光光源的周边部变得更加明亮。
在本发明的发光光源的又一其它实施方式中，应这样配置上述第3区域，亦即，应使以比上述导光部的界面中的全反射临界角更小的投射角从上述发光元件投射的光，在上述第3区域被全反射，继而，被引导向上述逆倾斜区域。根据该实施方式，可以将来自发光元件的投射角非常小的光，引导向发光光源的周边部，可以使发光光源的周边部变得更加明亮。
在本发明的发光光源的又一其它实施方式中，上述第1区域相对于其周围区域向光投射侧突出，并且该第1区域的外周边缘被倒角。根据该实施方式，由于可以使从第1区域的边缘投射的光向前方聚光，因此可以使预定的目标面中的照度分布均匀化。
在本发明的发光光源的又一其它实施方式中，由曲面构成上述第1区域。根据该实施方式，由于可以使从整个第1区域投射的光向前方聚光，因此可以使预定的目标面中的照度分布更加均匀化。
在本发明的发光光源的又一其它实施方式中，使上述反射部件的形状构成为，使由上述反射部件反射后再从上述光投射面投射出来的光聚光。根据该实施方式，由于可以使从发光光源投射的光向前方聚光，因此可以使预定的目标面中的照度分布更加均匀化。
在本发明的发光光源的又一其它实施方式中，在上述发光元件的周围，设置有用于限制从上述发光元件投射的光的投射角的部件。根据该实施方式，可以限制从发光元件投射的光的投射角，可以防止以大的投射角投射的光侵入到所邻接配置的发光光源内而形成杂光(straylight)。
本发明所述的发光光源阵列的特征在于，使多个上述发光光源排列起来。根据所述的发光光源阵列，可以制造光强度分布均匀的大型发光光源阵列。而且，由于各发光光源的辉度被均匀化，因此即使目标面较近，也可以使目标面上的照度(illuminance)均匀化。从而，当将该发光光源阵列应用于液晶显示装置的背光等时，可以制造出厚度薄、光强度分布均匀的发光光源阵列。此外，与利用炮弹型LED的背光相比，可以减小消耗电力。加之，在这样的发光光源中，由于各发光光源作为面光源被模块化，因此在进行尺寸或形状(纵横比)的变更时，不必进行扩散板等的外部光学系统的设计变更，只要进行光源的重新排列即可。从而，成为尺寸变更自由度高的发光光源阵列。
在本发明的发光光源阵列的实施方式中，由于上述发光光源没有间隙地进行配置，因此其发光光源阵列的辉度高，并且辉度均匀性也较高。
此外，在本发明的发光光源阵列的其它实施方式中，由于在上述发光光源之间隔开间隙地进行配置，因此需要的发光光源的个数可以较少，可以实现节省电力。
本发明所述的发光光源中的光路设定方法，其发光光源具有使光反射的反射部件；配置在上述反射部件的光反射面侧的导光部；朝向上述导光部投射光的发光元件，其特征在于，上述发光元件被配置在上述反射部件的光轴上，上述导光部的表面将从上述发光元件投射的光，以及由上述反射部件反射的上述发光元件的光投射到外部。上述导光部的表面的一部分使从上述发光元件投射的光全反射后，在上述导光部的表面的另一部分上全反射，并朝向上述反射部件的方向。上述反射部件的一部分使由上述导光部的光投射面的一部分所全反射的光，朝向逐渐远离上述光轴的方向反射，使其朝向离开上述光轴的上述导光部的周边部。
根据本发明的发光光源中的光路设定方法，如对本发明的发光光源所述的那样，在发光光源的周边部，发光光源不容易变暗，并且可以使发光光源的辉度更加均匀。此外，由于发光光源的辉度分布变得均匀，因此利用该发光光源的设备可以实现薄形化。加之，如果在发光光源部分采用光色不同的2个或者2个以上的元件的话，当用于液晶显示装置时，其色彩再现性优异，即使其厚度较薄，也可以均匀地进行混色。
本发明所述的发光光源中的光投射方法，其发光光源具有使光反射的反射部件；配置在上述反射部件的光反射面侧的导光部；朝向上述导光部投射光的发光元件，其特征在于，上述发光元件被配置在上述反射部件的光轴上，上述导光部的表面的一部分将从上述发光元件投射的光向外部投射；上述导光部的表面的另一部分使从上述发光元件投射的光全反射后，使其在上述导光部的表面的除所述一部分和所述另一部分之外的另外一部分上全反射，并使其朝向上述反射部件的方向；上述反射部件的一部分使由上述导光部的光投射面的一部分所全反射的光，朝向逐渐远离上述光轴的方向反射，并使其朝向离开上述光轴的上述导光部的周边部；上述反射部件的另一部分使由上述导光部表面的上述另一部分反射的光进一步被反射，并从上述导光部表面投射到外部。
根据本发明的发光光源中的光投射方法，如对本发明的发光光源所述的那样，在发光光源的周边部，发光光源不容易变暗，并且可以使发光光源的辉度更加均匀。此外，由于发光光源的辉度分布变得均匀，因此可以实现发光光源的薄形化。加之，作为发光光源，如果采用红、兰、绿发光色的发光元件的话，当用于液晶显示装置时，其色彩再现性优异，即使其厚度较薄，也可以均匀地进行混色。
本发明所述的照明装置具有发光光源阵列，其配置多个本发明的发光光源；电源装置，其对上述发光光源阵列供给电力。根据本发明的发光光源，由于在发光光源的周边部发光光源不容易变暗，可以实现发光光源的薄形化，因此可以制作具有均匀的辉度，厚度薄的薄型照明装置。
本发明所述的照明方法的特征在于，配置多个本发明的发光光源，通过从上述发光光源投射的光对前方进行照明。由于本专利申请所述的照明方法利用了配置多个本专利发明的发光光源，因此可以进行均匀的照明。特别地，即使为了对宽广的区域进行照明而使照明装置大型化时，也可以获得均匀的面发光。
本发明所述的信息显示方法的特征在于，配置多个本发明的发光光源，由上述发光光源投射的光对液晶板进行照明，通过使各液晶元件透过或遮断该光来显示信息，因此可以显示出辉度均匀的字符或图像等信息，加之，当在光源部分利用光色不同的2个或者2个以上的发光元件时，就可以进行表现出的颜色范围较广的信息显示。
本发明所述的液晶显示装置的特征在于，具有发光光源阵列，其配置多个本发明的发光光源；液晶显示板，其面对上述发光光源阵列进行配置。根据本发明的液晶显示装置，即使各像素的角落等也不容易变暗，可以使液晶显示板的显示清楚分明，此外，可以使液晶显示装置薄型化。进而，对彩色显示的液晶显示装置，可以提高其色彩再现性。
并且，本发明的以上说明的结构要素可以尽可能地任意进行组合。
图1是表示现有例1的液晶显示器结构的概略剖面图。
图2是表示现有例2的液晶显示器结构的概略剖面图。
图3是使用射束展开角为40度的炮弹型LED，使光均匀地照射到直径d＝30mm的圆形区域内时的配置说明图。
图4(a)表示在现有例2中，充分离开LED的目标面、以及接近LED的目标面的图，图4(b)表示在(a)中所示的2个目标面中的光强度的分布图。
图5表示为了在接近LED的目标面上得到均匀的光强度分布，LED的配置密度的图。
图6是表示现有例3的背光结构的概略剖面图。
图7是表示在图6所示的背光中所用的光源结构的剖面图。
图8(a)表示在现有例3的情况下，充分离开LED的目标面、以及接近LED的目标面的图，(b)表示(a)中所示的2个目标面中的光强度的分布图。
图9是表示本发明的实施例1的液晶显示器结构的概略剖面图。
图10是构成图9中所示的发光光源阵列的发光光源的立体图。
图11(a)是图10中所示的发光光源的俯视图，(b)是(a)中沿X-X方向(对角方向)的剖面图，(c)是(a)的沿Y-Y方向的剖面图。
图12(a)是从形成圆盘状的反射部件的背面侧看的立体图，(b)是其背面侧看的平面图。
图13是表示用于对发光光源模型部进行成型的成型模具的概略剖面图。
图14(a)是从成型后的模型部的背面侧看的立体图，(b)是其背面侧看的平面图。
图15是表示实施例1的发光光源的详细结构的放大剖面图，其表示沿对角方向的剖面。
图16是公开在专利文献1中的发光光源的剖面图。
图17是图16中所示的发光光源中，表示壁角部变暗的状态图。
图18表示将图16中所示的多个发光光源排列起来形成发光光源阵列，以及在与其边平行的方向的目标面中的光强度分布，以及在对角方向的目标面中的光强度分布的图。
图19是实施例1的发光光源的作用说明图。
图20是表示实施例1的变形例的剖面图。
图21是表示本发明的实施例2的发光光源的对角方向上的剖面图及其剖面的局部放大图。
图22是本发明的实施例3的发光光源沿对角方向的剖面图。
图23是用于说明直接投射区域的倾斜角α与倾斜全反射区域的倾斜角β的设计条件的图。
图24是在α-β平面上图示出满足(6A)、(6B)、(6C)式的条件的图。
图25表示能配置逆倾斜反射区域的区域的图。
图26是说明通过调整逆倾斜的反射区域的倾斜角ε，以调整从全反射区域朝向壁角部的光的方向的状态图。
图27是说明通过调整逆倾斜的反射区域的倾斜角ε，以调整朝向壁角部的光的方向的状态图。
图28是说明杯状部高度的设计条件的图。
图29(a)、(b)、(c)是表示不同形状的发光光源的图。
图30(a)、(b)、(c)是表示发光光源的其它变形例的图。
图31是表示发光光源阵列的变形例的主视图。
图32是表示本发明的实施例4的发光光源结构的剖面图。
图33(a)是表示实施例4的发光光源中的在预定的目标面的照度分布的图。(b)表示实施例4的发光光源中，在其表面的辉度分布的图。
图34是表示本发明的实施例4的变形例的发光光源结构的剖面图。
图35是表示本发明的实施例5的发光光源结构的剖面图。
图36(a)是表示实施例5的发光光源中，在预定的目标面的照度分布的图，(b)是表示实施例5的发光光源中，在其表面的辉度分布的图。
图37是表示本发明的实施例6的发光光源阵列，以及与其边平行的方向上的目标面的亮度分布，以及在对角线方向上的目标面的亮度分布的图。
图38是表示本发明的实施例7的发光光源阵列，以及与其边平行的方向上的目标面的光强度分布，以及在对角线方向上的目标面的光强度分布的图。
图39是表示本发明的实施例8的背光的剖面图。
图40表示本发明的实施例9的室内照明用照明装置的立体图。
符号说明41…液晶显示器42…液晶板43…背光49…发光光源50…发光光源阵列54…模型部55…布线基板56R、56G、56B…发光元件57…反射部件58…槽60…直接投射区域61…全反射区域62…全反射区域
63…倾斜全反射区域64a、64b、64c、64d…反射区域65…杯状部66…凹部67…倾斜全反射区域具体实施方式
以下，根据附图，对本发明的实施例详细进行说明。但是，本发明并不仅限于以下的实施例，可以根据用途等适当地进行设计变更。
(实施例1)图9是表示本发明的实施例1的液晶显示器(液晶显示装置)41的结构的概略剖面图。液晶显示器41是通过在液晶板42的背面配置背光43而构成的。液晶板42是普通的液晶板，从背面起依次由偏光板44、液晶单元45、相位差板46、偏光板47、以及反射防止薄膜48层叠构成。
背光43在排列了多个发光光源49的发光光源阵列50的正面，配置有光扩散薄膜51、棱镜片52、以及辉度增强薄膜53。如后所述，从正面观察，发光光源49形成为正方形状，将一百个左右以至数百个该发光光源49配置为围棋盘网状，构成发光光源阵列50。光扩散薄膜51通过使发光光源阵列50投射的光扩散，以实现辉度的均匀化，同时，还起着使发光光源阵列50投射的各色光均匀地混色的作用。棱镜片52通过使倾斜入射的光折射或内部反射，而使光折弯向垂直于棱镜片52的方向透射，从而，可提高背光43的正面辉度。
辉度增强薄膜53是这样的薄膜，其使某些偏光面内的直线偏光透射，使与其正交的偏光面内的直线偏光反射，起着使从发光光源阵列50投射的光的利用效率得到提高的作用。亦即，辉度增强薄膜53配置成，使透光的偏光面与液晶板42中利用的偏光板44的偏光面一致。从而，在从发光光源阵列50投射的光中，与偏光板44和偏光面一致的光透过辉度增强薄膜53，入射到液晶板42内，而与偏光板44和偏光面正交的光在辉度增强薄膜53上反射而折回，由发光光源阵列50反射，重新入射到辉度增强薄膜53。使偏光面旋转，使得由辉度增强薄膜53反射回来的光，通过发光光源阵列50反射，直到再次入射到辉度增强薄膜53为止，因此该部分也透过辉度增强薄膜53。利用这样的反复作用，使发光光源阵列50投射的光的大部分在液晶板42上得到利用，使液晶板42的辉度提高。
图10是构成发光光源阵列50的发光光源49的立体图。图11(a)是发光光源49的俯视图，图11(b)是发光光源49的沿图11(a)中X-X方向(对角方向)的剖面图，图11(c)是发光光源49沿图11(a)中Y-Y方向的剖面图。在该发光光源49中，通过高折射率的透光性材料，例如透明树脂，形成大约为盘状的模型部(mold)(导光部)54。作为构成模型部54的光透射性材料，可以利用环氧树脂或丙烯树脂等透光性树脂，也可以利用玻璃材料。在布线基板55的表面上，安装具有红色、绿色、蓝色的发光色的3个LED芯片等发光元件56R、56G、56B，发光元件56R、56G、56B被封装在模型部54内，位于模型部54内的背面侧中心部。在模型部54的正面，设置有形成园环状的槽58。
在模型部54的背面，设置有反射部件57，其形成凹面镜状，用于对由模型部54的正面全反射的光进行反射。反射部件57可以是蒸镀在模型部54背面的金、银、铝等金属覆膜，也可以是对表面进行镜面加工，使表面反射率提高的铝等金属板，也可以是在表面上施行镀铜、银、铝等金属或树脂等的曲面板。
其次，说明该发光光源49的制造方法。发光光源49的反射部件57的形状首先被设计为如图12(a)、(b)那样的圆盘状。进而，如果决定了该圆盘状的反射部件57的形状，则将如图12(b)中用双点划线表示的那样的反射部件57作为制品的反射部件57，来决定其形状。若决定了正方形的反射部件57的形状，接着，制作下模91和上模92，下模91在模腔内具有与所述反射部件57相等的成型面94。在图13中示意性地表示该成型模具。关于发光光源49的制造，在下模91的底面中央部放置发光元件56R、56G、56B与杯状部65，从上模92的树脂注入口93注入透明树脂，在成型模型部54的同时，将发光元件56R、56G、56B与杯状部65嵌入在模型部54内。这样地，在得到如图14所示的模型部54后，在模型部54的外面蒸镀金、银、铝等金属，形成反射部件57。
作为另一方法，也可以将正方形的反射部件57容纳到成型模具的形成为矩形形状的模腔内，注入树脂，以直接制作出形成为正方形形状的发光光源49。另外，无论在前一方法中，还是后一方法中，杯状部65都可以与反射部件57形成为一体。
图15是表示本发明的发光光源49的详细结构的放大剖面图，表示沿对角方向的剖面。在模型部54的正面中央部，设置有形成为圆形的直接投射区域60(第1区域)，在其外侧设置形成环状的全反射区域61(第2区域)。直接投射区域60是由与模型部54的中心轴垂直的平面形成的平滑的圆形区域，全反射区域61也是由与模型部54的中心轴垂直的平面形成的平滑的环状区域。并且，在图示例中，虽然直接投射区域60与全反射区域61形成在同一平面内，且直接投射区域60与全反射区域61位于同一高度，但也可以在槽58中使直接投射区域60比全反射区域61突出更高，而使直接投射区域60比全反射区域61高。并且，直接投射区域60的首要作用是使从发光元件56R、56G、56B投射的光，原样地投射到外部区域，但如后所述，也具有使入射光全反射的作用。同样地，全反射区域61的首要作用是具有使入射光朝向反射部件57侧进行全反射的作用，但也具有使入射光透射并投射到外部的作用。
在直接投射区域60与全反射区域61之间，设置有形成圆环状的槽58，在槽58的底面，形成有全反射区域62。此外，在槽58的内周侧侧面，斜着形成倾斜的倾斜全反射区域63(第3区域)，倾斜全反射区域63形成为带有锥形的圆锥台状，使其越朝向模型部54的正面侧，其直径逐渐地变小。该全反射区域62与倾斜全反射区域63的首要作用也是使入射光进行全反射，但入射光的一部分也能够透过倾斜全反射区域63投射到外部。
反射部件57由形成环状的多个反射区域64a、64b、64c、…构成。其中，最内侧的反射区域64a(逆倾斜区域)形成为圆锥台状，越向外周侧，使其越向背面侧并向下倾斜(将这样的倾斜方向称为逆倾斜)。此外，反射区域64b、64c、…构成菲涅耳反射面。这样地，如果将反射部件57的至少一部分形成为菲涅耳反射面状的话，则可以使发光光源49更加薄型化。通过用多个相互独立的参数分别设计多个反射区域64a、64b、…，可以对各区域进行最佳设计，就可以使其更加均匀地进行光发射。此外，在反射区域64a与开口59之间设置有内周面倾斜的杯状部65，以使开口59在正面侧扩大。
并且，在图15中，表示有4个反射区域64a、64b、64c、64d，但反射区域可以分为3个，也可以分为5个或者5个以上的区域。
对该反射区域64b、64c、64d的曲面形状，优选设计为尽可能使其从发光光源49的正面均匀地投射光的那样的形状。例如，从正面观察，当发光光源49以形成为圆形的发光光源为基础进行设计的情况下，可以使其形成为如由下述(1)式所表示的圆锥面。
Z=CVρ21+1-CV2(CC+1)ρ2+Aρ4+Bρ6+Cρ8+Dρ10+···---(1)]]>其中ρ=X2+Y2]]>此处，X、Y、Z是以反射部件57上的中心为原点的直角坐标，Z轴与反射部件57的光轴和模型部54的中心轴一致。此外，CV是反射部件57的曲率(常数)，CC是圆锥曲线系数，A、B、C、D、…分别是4次、6次、8次、10次、…的非球面系数。
于是，若使配置在中心部的红、绿、兰3色的发光元件56R、56G、56B发光，则在发光元件56R、56G、56B投射的光中，以比模型部54的界面中的全反射临界角θc小的投射角θ1(＜θc)投射的光射入到直接投射区域60中，该光透过直接投射区域60，从发光光源49直接投射到前方。并且，以比全反射临界角θc大的投射角θ3(＞θc)投射的光射入到全反射区域62中，通过该光在全反射区域62的全反射，入射到反射区域64b，在反射区域64b被反射后，透过全反射区域61投射到前方。另外，以比全反射临界角θc更大的投射角θ4(＞θ3)投射的光射入全反射区域61中，通过该光在全反射区域61的全反射，入射到反射区域64c，在反射区域64c被反射后，透过全反射区域61投射到前方。进而，以比投射角θ4更大的投射角θ5(＞θ4)投射的光，通过在全反射区域61的全反射，入射到反射区域64d，在反射区域64d被反射后，透过全反射区域61投射到前方。此外，以向直接投射区域60的投射角θ1与向全反射区域62的投射角θ3的中间的投射角θ2(θ1＜θ2＜θ3)，从发光元件56R、56G、56B投射的光射入到倾斜全反射区域63，在倾斜全反射区域63和直接投射区域60进行2次全反射后，在反射区域64a被反射，进而，在全反射区域61被全反射，并且，在反射区域64d被反射，从发光光源49的壁角部被投射到前方。其结果，在发光光源49的正面得到均匀的辉度，特别地，可防止发光光源49的壁角部变暗。
并且，入射到倾斜全反射区域63的光，既可以是比全反射临界角大投射角的光，也可以是比全反射临界角小的光。但是，由于传送到发光光源49的壁角部的光最好是强度较强的光，因此入射到倾斜全反射区域63的光的投射角θ2优选比全反射临界角θc小。亦即，优选为θ2＜arcsin(n2/n1)＝θc此处，n1是模型部54的折射率，n2是接触模型部54正面的介质(空气等)的折射率。
从上述光的特性可知，在反射区域64c中的切线的倾斜比反射区域64b中的切线的倾斜大，在反射区域64d中的切线的倾斜比反射区域64c中的切线的倾斜大。
可是，本发明的专利申请人对与该发光光源49类似的发光光源进行了专利申请，其已作为特开2004-189092号公报(专利文献1)被公开。图16是公开在专利文献1中的发光光源101的剖面图。该发光光源101也在模型部102的正面设置槽103，在背面的反射部件104中，也设置有形成环状的多个反射区域105a、105b、105c。但是，该发光光源101中，反射区域105a或105b都是越向内周侧，就越向背面侧下降倾斜，在槽103的内周的倾斜全反射区域106和直接投射区域107进行2次全反射后的光，被入射到反射区域105b，在反射区域105b被反射，从直接投射区域107和全反射区域108的中间区域或其近旁，投射到前方。
从图16可知，该发光光源101具有这样的结构，只有从发光元件109以较大的投射角投射的光(图15中投射角为θ5的光)，才能从发光光源101的壁角部投射到前方。但是，从发光元件109投射的光的强度，在前方较大，若投射角变大，则光的强度降低。因此，在该发光光源101中，从壁角部并不能投射具有充分光量的光，在图17中所示的发光光源101的加上斜线的壁角部D中，存在着辉度或照度下降变暗的问题。特别地，如图18那样，当将多个该发光光源101排列起来形成阵列化时，虽然在通过发光光源101的中心并与排列方向平行的y-y线上可得到均匀的光强度(照度)，但在x-x线上的对角方向，在壁角部的连接部分，变得非常暗，不能得到均匀的照度。特别地，当使目标面接近发光光源101时，壁角部D显著变暗。
对此，在本发明的发光光源中，通过使反射区域64a逆倾斜，以使其越向外周方向越向背面侧下降倾斜，对在倾斜全反射区域63和直接投射区域60进行2次全反射的、投射角θ2较小的光，通过在反射区域64a和全反射区域61反射，以使其从壁角部投射到前方。其结果，在投射角大的光的基础上，还可以使投射角较小光强度较大的光(投射角θ2的光)传送到壁角部，使其投射到前方，从而使整个发光光源49能均匀地投射。特别地，在阵列化时，在整个发光光源阵列50可以得到均匀的辉度，同时，可以在目标面中得到均匀的照度。
此外，在本发明的发光光源中，由于利用内置红、绿、兰3色LED芯片的发光光源49，因此液晶显示器41的色彩再现性变得良好，可以使其发出鲜艳的三原色。
在本发明的发光光源中，由于对角方向的亮度被提高，因此通过发光光源49，可以在较近的目标面上使光的照度均匀化，可以实现背光43的薄型化。进而，如图19所示，由于从发光元件投射的光直到从发光光源正面到投射出去为止的光路长度较长，因此从发光元件56R、56G、56B投射的各色光，从发光光源到投射出去为止的期间，在模型部54内被充分混色，均匀地从正面投射出去。从而，根据该发光光源，在发光光源阵列前方所必需的用于均匀化空间，亦即用于使光的强度分布和色彩的混合状态均匀化的空间的厚度较小即可，可以使背光43更加薄型化。
例如，当制造辉度及其均匀性同等的发光光源阵列时，根据本发明的发光光源阵列50，可以达成与利用冷阴极管的现有的背光同样的厚度30mm，并可以得到与使用3色的LED的现有例同等良好的色彩再现性。
进而，根据本发明的发光光源，由于能够以30mm为边长的正方形大小，制作具有均匀辉度分布的发光光源，因此必要的发光光源的配置密度可以较小，与现有例2的情况相比，可以实现节电化。
此外，由于本发明的发光光源阵列50通过排列面光源状的发光光源49来构成，因此，当变更发光光源阵列50的大小或纵横比时，只要追加或减少发光光源49，就可以简单地进行设计变更，可以得到自由度高的发光光源阵列50或背光43。
图20是表示实施例1的变形例的剖面图。对该变形例，由反射区域64a所反射的光直接入射到壁角部的反射区域64d，使其由反射区域64d反射并投射到前方。即使在这样的变形例中，也可以达到与实施例1同样的作用效果。
此外，虽然未图示，但也可以使反射区域64a只在对角方向逆倾斜，使其在对角方向的中间，越向外周方向越斜着向前方倾斜(将其称为正倾斜)。由反射区域64a的正倾斜部分投射的光，从直接投射区域60与全反射区域61之间投射到前方。
(实施例2)图21是表示本发明的实施例2的发光光源68的对角方向上的剖面图及其局部放大图。对该发光光源68，在直接投射区域60与全反射区域61之间凹设圆环状的槽58，在槽58的内周侧面，形成倾斜全反射区域63，进而，在直接投射区域60的中央部，凹设圆锥状的凹部66，在凹部66的外周面，形成倾斜全反射区域67。
于是，在实施例2中，从发光元件56R、56G、56B投射的光中，入射到内侧的倾斜全反射区域67的光，依次在倾斜全反射区域67、直接投射区域60、以及外侧的倾斜全反射区域63等3点被全反射，在倾斜全反射区域63被全反射后的光入射到逆倾斜的反射区域64a。进而，在入射到反射区域64a的光在全反射区域61被全反射后或者直接地，入射到反射区域64d，在反射区域64d被反射，再从全反射区域61投射到前方。
根据实施例2，由于被引导到壁角部的反射区域64d的光的投射角θ2，成为从发光元件56R、56G、56B投射到内侧的倾斜全反射区域67的光的投射角，因此，与实施例1的情况相比，使其投射角θ2更小的光从壁角部投射出去，只需如此便可提高发光光源68的壁角部的辉度或目标面中的周边部的照度。
(实施例3)图22是本发明的实施例3的发光光源69的沿对角方向的剖面图。该发光光源69具有与实施例1基本相同的结构，但直接投射区域60形成平缓倾斜的圆锥状。在该发光光源69中，与实施例1相同，从发光元件56R、56G、56B向倾斜全反射区域63投射的光，在倾斜全反射区域63被全反射，入射到直接投射区域60，进而，在直接投射区域60被全反射，在直接投射区域60被反射后，通过在全反射区域61被全反射，或者直接入射到反射区域64d，在反射区域64d被反射，再从发光光源69的壁角部被投射出去。
从而，即使在这样的实施例中，也可以使从发光光源69投射的光强度(辉度、照度)的分布全面地均匀化。而且，在实施例3中，由于在发光光源69的截面中，直接投射区域60为倾斜状态，因此，通过调整直接投射区域60的倾斜角(图23所示的倾斜角α)，就可以调整在直接投射区域60被反射的光的反射方向，提高发光光源69的设计自由度，可以成为用于加大在壁角部中的光强度的最佳设计。
并且，在这里对实施例1～3及其变形例进行了说明，但除这些之外，也可以采用如专利文献1中所公开的那样的导光部的投射面的形状或反射部件的形状。但是，即使在该情况下，当然也可以预先在反射部件的中心部附近，设置形成逆倾斜的反射区域(逆倾斜区域)，使得从发光元件以较小的投射角投射的光，在导光部的投射面被全反射后，入射到成为逆倾斜的反射区域，在成为逆倾斜的反射区域被反射的光，从发光光源的壁角部投射出去。
其次，以实施例3的情况为例，按照图23～图28，说明本发明的发光光源中的具体的设计例。首先，对反射区域64a的设计进行说明。
图25表示能配置逆倾斜的反射区域64a的区域。若以P表示发光元件56R、56G、56B的发光点，以Q表示从发光点P以等于临界角θc的投射角投射的光入射到全反射区域61或槽58内的全反射区域62的入射点，以R表示在点Q全反射后的光的光轴与布线基板55的表面的交点，为了不被遮蔽地使从发光元件56R、56G、56B投射的光，在全反射区域61被反射后入射到反射区域64b，则反射区域64a必须位于由PQR包围的区域内。此外，为了使反射区域64a不会遮断传送到发光光源壁角部的光，在设发光元件56R、56G、56B的光的投射面与模型部54的正面的距离为H，设发光光源的边长(对角线长度)为U的话，则从发光元件56R、56G、56B的发光点P起，必须相对于沿着γ＝arctan(U/2H)…(2)的投射角方向所引的线段PS，在布线基板55侧的区域中配置反射区域64a。并且，如果将线段PS向S侧延长，则将到达发光光源正面外周的边的中央。此处，作为线段PS，由于考虑了连接发光点P与发光光源的边的中央的线段，因此，可能会使直接到达发光光源壁角部的光被反射区域64a遮断，但是由于这样的光是投射角大且强度弱的光，因此即使被反射区域64a遮断也没有实质性的影响。其结果，反射区域64a必须被配置在图25中划有斜线的区域内。
其次，利用图23，对反射区域64a的倾斜角ε的角度范围进行说明。首先，如图23所示设倾斜角ε为从水平方向沿图23的方向测定的角度，由于反射区域64a是逆倾斜，因此ε＞0°…(3)其次，说明反射区域64a的倾斜角ε的值的容许范围。如图23所示，测定直接投射区域60的倾斜角α(α≥0°)，以及倾斜全反射区域63的倾斜角β(β≥0°)，设在倾斜全反射区域63被反射的光的反射方向与倾斜全反射区域63之间的角度为κ1，设在直接投射区域60被反射的光的反射方向与直接投射区域60之间的角度为κ2，设在反射区域64a被反射的光的反射方向与反射区域64a之间的角度为κ3。此时，从图23的光线的图可知，角度κ3可表示为下式κ3＝90°-θ2-2β-2α-ε此处，由于κ3＞0°，因此上式变为ε＜90°-θ2-2β-2α …(4)从而，根据(3)式和(4)式，作为逆倾斜的反射区域64a的倾斜角ε的角度范围，可得到0°＜ε＜90°-θ2-2β-2α …(5)与反射区域64a的位置和角度的设计有关的上述条件，也适用于实施例1。
反射区域64a使在模型部54的正面被全反射并入射到反射区域64a的光，可以如图26所示，在全反射区域61被全反射后，在壁角部的反射区域64d被全反射，从壁角部投射到前方，也可以如图27所示，直接传送到壁角部的反射区域64d。为此，如图26或图27所示，只要将反射区域64a的倾斜角ε定为最佳值即可。这点在实施例1、2中也是同样的。此外，反射区域64b、64c、64d也如在实施例1所说明过的那样，可以为圆锥面。
继而，根据图23，对直接投射区域60的倾斜角α和倾斜全反射区域63的倾斜角β应满足的条件进行说明。此处，设定直接投射区域60和倾斜全反射区域63位于以比θc小的投射角投射的光束的区域内，该θc为从发光元件56R、56G、56B全反射的临界角。如果用公式来表示该条件，则在将表示发光元件56R、56G、56B的光投射面与模型部54的表面的距离定为H时，在模型部54的表面中，只要从直接投射区域60的中心起，在半径r＝Htanθc的区域内，包含直接投射区域60和倾斜全反射区域63即可。其中，如果将模型部54的折射率表示为n1，与模型部54的正面接触的介质(空气等)的折射率表示为n2，则为θc＝arcsin(n2/n1)其次，用于从发光元件56R、56G、56B，以投射角θ2(≤θc)投射的光在倾斜全反射区域63被全反射的条件为90°-κ1≥θc此外，从图23可知，由于κ1＝θ2+β因此，从上面的2式，可得到β≤90°-θ2-θc …(6A)此外，用于使在倾斜全反射区域63被全反射的光，在直接投射区域60也被全反射的条件为90°-κ2≥θc此外，从图23可知，由于κ2＝90°-θ2-2β-α因此，从上面的2式，可得到β≥(-α+θc-θ2)/2 …(6B)进而，根据上述(5)式，由于0°＜90°-θ2-2β-2α因此，β＜-α+(90°-θ2)/2…(6C)如果将满足这3个公式(6A)、(6B)、(6C)和α≥0°、β≥0°的条件的范围图示在α-β平面的话，就如图24所示。在图24中，通过划阴影线来表示满足条件的范围。表示(6A)式、(6B)式、(6C)式的直线的位置关系可随θ2、θc的大小而变化，在图24中，作为一例，对于利用折射率1.49～1.54的树脂时的θc＝42.2°～40.5°，图示出使θ2＝27°～37°进行设计时的位置关系，此时为(θc-θ2)/2＜90°-θ2-θc＜(90°-θ2)/2此外，在图24中，包含在满足条件的范围内的边界线用粗实线表示，不包含在满足条件的范围内的边界线用虚线表示。并且，在图24中，若α＝0°，则也相当于实施例1。
杯状部65是为了使反射部件57在布线基板55上能够稳定而设置的，同时还起到限制投射光的范围的作用。如图28所示，将通过杯状部65的顶点的投射光的投射角度设为η。若将杯状部65的直径取为K，将发光元件56R、56G、56B的光投射面与杯状部65的顶点之间的高度差为G的话，则上述投射角度η成为tanη＝K/(2G)…(7)若满足(7)式，则比η更大投射角的光就会被杯状部65遮断。若使杯状部65的高度不遮断从发光元件56R、56G、56B起直接到达发光光源壁角部的端部的光的话，则可提高发光光源壁角部的辉度。但是，由于在发光光源的侧面，在发光光源的前面与反射部件57之间留有间隙(参考图10)，因此从该处向邻接发光光源泄漏的光增加了。由于泄漏到邻接发光光源的光成为杂光，使发光光源的品质降低，因此优选减少这样的光。另一方面，由于通过杯状部65的顶点近旁到达壁角部的光是投射角大而强度小的光，因此即使这样的光被遮断，对壁角部的辉度也不会产生实质性的影响。从而，杯状部65的高度优选不遮断到达发光光源正面的外周边缘中的边的中央的投射角的光，而遮断到达发光光源壁角部的角的投射角的光。
为了使直接光到达发光光源正面的外周边缘中的边的中央，但不使直接光到达壁角部的角部，必须满足条件arctan(U/2H)≤η≤arctan(T/2H) …(8)此处，T是从正面观察时的发光光源的对角方向的长度(对角线长度)，U是从正面观察时发光光源一边的长度。该条件也适合于实施例1、2。
(实施例1～3的变形例)在上述实施例1～3中，使正方形的发光光源没有间隙地配置成平面状，构成发光光源阵列，但为了使发光光源没有间隙地配置，发光光源并不限于正方形，可以如图29(a)所示，为正六角形，也可以如图29(b)所示，为正三角形。也可以如图29(c)所示，为长方形。正六角形状的发光光源或正三角形状的发光光源与正方形的发光光源相同，可以以圆形发光光源为基础进行设计，在长方形发光光源的情况下，优选以椭圆形发光光源为基础进行设计。
并且，如图29(a)(b)(c)所示，如果使壁角部的反射区域64d的内周缘与发光光源的边缘内切的话，则由反射区域64a和64d反射的光只从壁角部投射。但是，为了使预定的目标面中的照度更均匀，反射区域64d的内周边缘的大小与发光光源外形的关系优选通过仿真等决定。
图30(a)(b)(c)表示发光光源的其它的变形例。这些变形例是利用多个发光元件56的发光光源，在发光光源中央部，沿着发光光源的对角方向配置各发光元件56。在图30中，也在发光光源中央部配置发光元件56，但也可以没有中央的发光元件56。由于发光光源的对角方向的端部离中央较远，因此光难以到达，但若将发光元件56沿发光光源的对角方向配置，则发光元件56就会靠近发光光源对角方向的端部，光就容易到达。从而，根据这样的变形例，发光光源的辉度分布就变得更加均匀。并且，图30(a)(b)(c)所示的一个个发光元件56也可以使红、绿、兰的LED芯片3个成为一组，也可以是单个的红、绿、或兰色的LED芯片。
此外，为了使光不会从侧面泄漏到邻接的发光光源，也可以在发光光源的外周面形成光反射层或光吸收层。
此外，在配置正方形或长方形的发光光源情况下，也可以如图31所示的发光光源阵列50，在各列分别错开半个芯片来配置发光光源49。
(实施例4)图32是表示本发明的实施例4的发光光源70的剖面图。对该发光光源70，使直接投射区域60弯曲为球面状。如实施例1那样，若直接投射区域60为平坦面，在直接投射区域60比较宽的情况下，从直接投射区域60的边缘投射的光以较大的投射角投射到斜前方。因此，在如实施例1那样的情况下，即使发光光源表面中的辉度很均匀，但在预定的目标面中，在面对直接投射区域60的外周部的位置，可能会使照度变低，并使目标面中的照度均匀性降低。
对此，由于在实施例4的发光光源70中使直接投射区域60弯曲，因此从整个直接投射区域60投射的光，通过弯曲后的直接投射区域60的透镜作用，向前方聚光，其结果可以缓和照度均匀性的降低。图33(b)表示发光光源70的表面中的辉度的分布，图33(a)表示在预定的目标面(距发光光源表面30mm处的目标面)中的照度的分布。辉度和照度的均匀性均得到提高。特别地，照度的均匀性得到相当的改善。
图34是表示实施例4的变形例的发光光源71的剖面图。在该发光光源71中，代替使直接投射区域60弯曲，对直接投射区域60的外周缘进行倒角，设置倾斜的倒角部60a。若在直接投射区域60的外周缘上设置倒角部60a的话，由于从直接投射区域60的外周缘投射的光通过倒角部60a向前方聚光，因此与实施例4的发光光源70相同，可以改善辉度和照度的均匀性。
(实施例5)图35是表示本发明的实施例5的发光光源72的剖面图。根据实施例4或其变形例的发光光源70、71，虽然可改善辉度和照度的均匀性，但从图33(a)(b)可知，其均匀性有一个限度。
在实施例5的发光光源72中，在反射部件57的反射区域64a～64d中，使其具有聚光性，在反射区域64a～64d被反射后，使从发光光源72投射的光在设定于距预定的目标面更远的点J聚光。
图36(b)表示发光光源72的表面中的辉度分布，图36(a)表示预定的目标面(距发光光源表面30mm处的目标面)中的照度分布。若将其与图33比较后可知，根据实施例5的发光光源72，可大幅度地提高辉度和照度的均匀性，辉度和照度的分布基本上是平直的(flat)。
(实施例6)图37是表示本发明的实施例6的发光光源阵列73的俯视图、以及与其边平行的方向上的亮度(luminance)(预定的目标面上的照度)分布，以及在对角线方向上的亮度(预定的目标面上的照度)分布。在该发光光源阵列73所用的单一发光光源74中，在预定的目标面上，面对发光光源74的中心部位置的亮度(照度)Wa，面对各边中央位置的亮度Wb，以及面对对角方向的角部位置的亮度Wc之比为Wa∶Wb∶Wc＝1.0∶0.5∶0.25 …(9)各发光光源74间不留有间隙，密集进行配置。亦即，在与发光光源74的边平行的方向上，目标面上的发光光源74的亮度分布曲线如图37所示，其亮度比率在0.5的位置重合，其结果，在与边平行的方向上，作为发光光源阵列73的整体，可实现均匀的亮度。同样，在发光光源74的对角方向上，目标面上的发光光源74的亮度分布曲线如图37所示，其亮度比率在0.25的位置重合，其结果，即使在对角方向上，作为发光光源阵列73的整体，可实现基本均匀的亮度。从而，对正方形发光光源74的设计，优选将目标面上的亮度比率设计为如上述(9)式那样的值。
此外，在将正六角形发光光源没有间隙地配置成发光光源阵列的情况下，通过将面对发光光源中心部的位置的目标面的亮度(辉度)Wa，面对各边中央的位置的亮度Wb，以及面对对角方向的角部的位置的亮度Wc之比取为Wa∶Wb∶Wc＝1.0∶0.5∶0.33则可以制作出在目标面具有均匀亮度的发光光源阵列。
此外，在将正三角形发光光源没有间隙地配置成发光光源阵列的情况下，通过将面对发光光源中心部位置的目标面的亮度(辉度)Wa，面对各边中央位置的亮度Wb，以及面对对角方向的角部的位置的亮度Wc之比取为Wa∶Wb∶Wc＝1.0∶0.5∶0.17则可以制作出在目标面具有均匀亮度的发光光源阵列。
此外，如果发光光源阵列的亮度的均匀性可以容许到±20％的话，则正方形的发光光源的亮度的比率也可以为Wa∶Wb∶Wc＝1.0∶0.4～0.6∶0.2～0.3在同样条件下，正六角形的发光光源的亮度的比率也可以为Wa∶Wb∶Wc＝1.0∶0.4～0.6∶0.26～0.4正三角形的发光光源的亮度的比率也可以为Wa∶Wb∶Wc＝1.0∶0.4～0.6∶0.13～0.2(实施例7)图38是表示本发明的实施例7的发光光源阵列75的俯视图，以及与其边平行的方向上的光强度的分布，以及在对角线方向上的光强度的分布。如图38所示，虽然在各发光光源74之间可以隔开间隙地进行配置，但在该情况下，要利用被投射的光的扩展(射束展开角)宽的发光光源。并且，如图38所示，在与发光光源74的边平行的方向上，应这样配置发光光源74，使成为发光光源74的中心部的亮度Wa的0.5倍的位置，位于相互邻接的各发光光源74间的间隙的中央。此外，在发光光源74的对角方向上，应这样配置发光光源74，使成为发光光源74的中心部中的亮度Wa的0.25倍的位置，位于在对角方向相互邻接的各发光光源74间的间隙的中央。通过这样地配置发光光源74，可以使隔开间隙地配置发光光源74的发光光源阵列75在整体上具有均匀的亮度。
此外，在将正六角形发光光源隔开间隙地配置成发光光源阵列的情况下，在与发光光源的边平行的方向上，可以这样地配置发光光源，使成为发光光源中心部的亮度Wa的0.5倍的位置，处于相互邻接的各发光光源间的间隙的中央。此外，在发光光源的对角方向，可以这样地配置各发光光源，使成为发光光源中心部的亮度Wa的0.33倍的位置，处于在对角方向相互邻接的各发光光源间的间隙的中央。
同样地，在将正三角形发光光源隔开间隙地配置成发光光源阵列的情况下，在与发光光源的边平行的方向上，可以这样地配置发光光源，使成为发光光源中心部的亮度Wa的0.5倍的位置，处于相互邻接的各发光光源间的间隙的中央。此外，在发光光源的对角方向，可以这样地配置各发光光源，使成为发光光源中心部的亮度Wa的0.17倍的位置，处于在对角方向相互邻接的各发光光源间的间隙的中央。
此外，如果发光光源阵列的亮度的均匀性可以容许到±20％的话，则正方形的发光光源的中心部的亮度(辉度)Wa，以及与发光光源的边平行的方向上的发光光源间的间隙的中央的各个发光光源的亮度Wb′，以及对角方向上的发光光源间的间隙的中央的亮度Wc′之比可以取为Wa∶Wb′∶Wc′＝1.0∶0.4～0.6∶0.2～0.3在同样条件下，正六角形的发光光源的亮度的比率可以取为Wa∶Wb′∶Wc′＝1.0∶0.4～0.6∶0.26～0.4正三角形的发光光源的亮度的比率可以取为
Wa∶Wb′∶Wc′＝1.0∶0.4～0.6∶0.13～0.2并且，在如该实施例那样，使发光光源之间相互分离进行配置的情况下，也可以利用圆形或椭圆形、正八角形等发光光源，但为了使发光光源阵列的亮度均匀，优选利用正方形或长方形、正六角形等具有能够没有间隙地进行配置的形状的发光光源，隔开间隙地进行配置。
(实施例8)图39是表示利用本发明的发光光源阵列的背光76(照明装置)的剖面图。该背光76将本发明的发光光源阵列77容纳到框体78内，发光光源阵列77利用螺钉等机械固定在框体78内。为了使光利用效率提高，可以在框体78的内面粘贴反射率良好的反射部件或反射片。在框体78的背面，也可以安装散热板或散热鳍片等散热用部件。通过引线或连接器、布线基板等的引线部分79，向发光光源阵列77供给直流电力。此外，在框体78的内部和上面，配置必要个数的透明板、扩散板、棱镜片、辉度增强薄膜等光学用部件80、81。
此外，在该背光76中，应这样设计框体78的侧壁的高度和光学用部件81的厚度，使得在设计发光光源阵列77时，设定的目标面与最外侧的光学用部件81的外表面一致。从而，在该背光76中，使光学用部件81的外表面的辉度或照度均匀，在彩色的情况下，从红、绿、兰的LED投射的各色光被均匀地混合起来。从而，当将该背光76安装进设备内时，可以使光学用部件81的外表面与设备的目标面一致地进行组装，从而可以容易地进行对各种设备的组装作业。
(实施例9)图40是表示利用本发明的发光光源阵列的室内照明用照明装置82的立体图。该照明装置82将本发明的发光光源阵列83容纳到箱体84内，在箱体84上，安装有电源装置85。当将从电源装置85引出的插头86插入商用电源等的插座内并打开开关时，通过电源装置85，将从商用电源供给的交流电源变换为直流电力，通过该直流电力，使发光光源阵列83发光。从而，该照明装置82例如可以用于壁挂式室内照明装置等。
权利要求
1.一种发光光源，其具有使光反射的反射部件；配置在所述反射部件的光反射面侧的导光部；以及朝向所述导光部投射光的发光元件，其特征在于，所述发光元件被配置在所述反射部件的光轴上；所述导光部具有光投射面，其将从所述发光元件投射的光以及由所述反射部件反射的所述发光元件的光投射到外部；所述导光部的光投射面的一部分形成为这样的形状，可以使与所述光轴形成预定的角度的从所述发光元件投射的光被全反射，使其朝向所述反射部件方向；所述反射部件在一部分上具有逆倾斜区域，其将由所述导光部的光投射面的一部分全反射来的光，朝向逐渐远离所述光轴的方向反射，使其朝向离开所述光轴的所述导光部的周边部。
2.如权利要求1所述的发光光源，其特征在于，所述反射部件的逆倾斜区域，其越朝向外周方向，就越向与所述导光部的光投射面的相反一侧斜着倾斜。
3.如权利要求1所述的发光光源，其特征在于，通过使由所述逆倾斜区域反射的光在所述导光部的光投射面全反射，而将其引导到所述反射部件的周边部。
4.如权利要求1所述的发光光源，其特征在于，将所述逆倾斜区域反射后的光直接引导向所述反射部件的周边部。
5.如权利要求1所述的发光光源，其特征在于，所述发光元件包括发光色不同的2个或者2个以上的发光二极管。
6.如权利要求1所述的发光光源，其特征在于，从正面观察，其外形为正方形、长方形、正六角形或正三角形。
7.如权利要求1所述的发光光源，其特征在于，从正面观察，其外形为圆形或椭圆形。
8.一种发光光源，其具有使光反射的反射部件；配置在所述反射部件的光反射面侧的导光部；以及朝向所述导光部投射光的发光元件，其特征在于，所述发光元件被配置在所述反射部件的光轴上，所述导光部具有光投射面，其将从所述发光元件投射的光、以及由所述反射部件反射的所述发光元件的光投射到外部，所述导光部的光投射面具有第1区域，其使从所述发光元件投射的光透过，投射到导光部的外部；第2区域，其使从所述发光元件投射的光全反射，使其朝向所述反射部件的方向，并且使由反射部件反射的光透过，投射到导光部的外部；以及第3区域，将其形状设定为，使与所述光轴形成预定角度的从所述发光元件投射的光在其与所述第1区域之间全反射，并使其朝向所述反射部件，并且，使由反射部件反射的光投射到导光部的外部。
9.如权利要求8所述的发光光源，其特征在于，在所述导光部的光投射面中，在所述第1区域和所述第2区域之间设置槽，在该槽的内周侧的倾斜侧面上形成所述第3区域，使从所述发光元件投射的光在所述第3区域全反射，继而，使其在所述第1区域全反射，而引导向所述反射部件。
10.如权利要求8所述的发光光源，其特征在于，在所述导光部的光投射面中，在所述第1区域和所述第2区域之间设置槽，同时，在所述第1区域中形成圆锥状的凹部，在所述槽的内周侧的倾斜侧面与所述凹部的侧面上形成所述第3区域，使从所述发光元件投射的光在所述凹部的第3区域全反射，接着，使其在所述第1区域全反射，进而，使其在所述槽的侧面的第3区域全反射，而引导向所述反射部件。
11.如权利要求8所述的发光光源，其特征在于，这样配置所述第3区域，使以比所述导光部的界面中的全反射临界角小的投射角从所述发光元件投射的光，在所述第3区域被全反射，继而，被引导向所述反射部件。
12.如权利要求8所述的发光光源，其特征在于，所述第1区域相对于其周围区域向光投射侧突出，且该第1区域的外周边缘被加工成倒角。
13.如权利要求8所述的发光光源，其特征在于，由曲面构成所述第1区域。
14.如权利要求1所述的发光光源，其特征在于，所述反射部件的形状具有这样的结构，在由所述反射部件反射后，使从所述光投射面投射的光聚光。
15.如权利要求1所述的发光光源，其特征在于，在所述发光元件的周围，设置有用于限制从所述发光元件投射的光的投射角的部件。
16.一种发光光源阵列，其特征在于，配置有多个如权利要求1～15所述的发光光源。
17.如权利要求16所述的发光光源阵列，其特征在于，所述发光光源间没有间隙地进行配置。
18.如权利要求16所述的发光光源阵列，其特征在于，在所述发光光源彼此之间隔开间隙进行配置。
19.一种发光光源中的光路设定方法，该发光光源具有使光反射的反射部件；配置在所述反射部件的光反射面侧的导光部；朝向所述导光部投射光的发光元件，其特征在于，所述发光元件被配置在所述反射部件的光轴上，所述导光部的表面将从所述发光元件投射的光，以及由所述反射部件反射的所述发光元件的光投射到外部，所述导光部的表面的一部分，使从所述发光元件投射的光被全反射后，在所述导光部的表面的另一部分上被全反射，并使其朝向所述反射部件的方向，所述反射部件的一部分，使由所述导光部的光投射面的一部分被全反射的光，朝向逐渐远离所述光轴的方向反射，并使其朝向离开所述光轴的所述导光部的周边部。
20.一种发光光源中的光投射方法，该发光光源具有使光反射的反射部件；配置在所述反射部件的光反射面侧的导光部；朝向所述导光部投射光的发光元件，其特征在于所述发光元件被配置在所述反射部件的光轴上，所述导光部的表面的一部分使从所述发光元件投射的光向外部投射，所述导光部的表面的另一部分，在使从所述发光元件投射的光全反射后，使其在所述导光部的表面的除所述一部分和所述另一部分之外的另外一部分上全反射，并使其朝向所述反射部件的方向，所述反射部件的一部分，使由所述导光部的光投射面的一部分全反射来的光，朝向逐渐远离所述光轴的方向反射，并使其朝向离开所述光轴的所述导光部的周边部，所述反射部件的另一部分，使由所述导光部表面的所述另一部分反射的光进一步反射，并从所述导光部表面投射到外部。
21.一种照明装置，其特征在于，具有发光光源阵列，其排列有多个如权利要求1～15所述的发光光源，以及电源装置，其对所述发光光源阵列供给电力。
22.一种液晶显示装置，其特征在于，具有发光光源阵列，其配置有多个如权利要求1～15所述的发光光源，以及液晶显示板，其面对所述发光光源阵列进行配置。
全文摘要
本发明提供一种利用LED等发光元件的发光光源阵列，其照射面的光强度(照度)与色彩混合状态均匀、厚度薄、并且消耗电力少。在透明的模型部(54)的背面，设置有使光反射的反射部件(57)，在模型部(54)的中心部，封装有红、绿、蓝光色的发光元件。在反射部件(57)的中心部附近，形成有越向外周方向越向背面侧斜着倾斜的反射区域(64a)。此外，在模型部(54)的光投射面中，凹设有圆环状的槽(58)，在其内周侧侧面，设置有倾斜的倾斜全反射区域(63)。从发光元件发出的光在倾斜全反射区域(63)被全反射，进而，在直接投射区域(60)被全反射，在反射部件(57)的反射区域(64a)进一步被反射后，被引导向反射部件(57)的外周端部，通过在反射部件(57)的外周端部进行反射，从全反射区域(61)投射向前方。
文档编号G02F1/13GK1797802SQ20051011288
公开日2006年7月5日 申请日期2005年10月19日 优先权日2004年10月19日
发明者绫部隆广, 松井明, 本间健次, 清本浩伸 申请人:欧姆龙株式会社