专利名称：发光光源及发光光源中的光的出射方法
技术领域：
本发明涉及发光光源以及发光光源中的光的出射方法，特别涉及使用LED(发光二极管)芯片的发光光源。
背景技术：
作为大面积且光利用效率高的发光光源，有在专利文献1中公开的发光光源。图1是表示这样的发光光源11的一部分的截面图。在由透明树脂构成的模部14的背面中央部配置白色或单色的发光元件13，在模部14的背面形成的菲涅耳(fresnel)反射面形状的图案上蒸镀Al或Au、Ag等的金属薄膜而形成反射镜12，从而形成发光光源11。图2是从发光光源11中除去模部14而表示发光元件13和反射镜12的正面图。反射镜12形成了菲涅耳反射面形状，由配置为同心圆状的多个环状的反射区域12a、12b…构成。
但是，在该发光光源11中，如图1所示，从发光元件13发出的光中、入射到模部14的前面的中央部(以下，称为直接出射区域。)15a的光L1透过直接出射区域15a而出射到前面侧。此外，入射到位于模部14前面的直接出射区域15a的周围的区域(以下，称为全反射区域。)15b中的光L2被全反射区域15b全反射后，被反射镜12反射，进而透过全反射区域15b而向前面出射。从而，在这样的发光光源11中，被一个反射区域(例如12c)反射的光L2的宽度A与反射区域(12c)的宽度大致相等。
在彩色液晶显示器用的背光源(back light)中，与使用白色LED等白色光源相比，使用红色LED、绿色LED、蓝色LED等的多色光源的做法使彩色液晶显示器的三原色的显色良好、颜色重现性优良。但是，在如上述的结构的发光光源11中，在反射镜12的中心部配置例如红、绿、蓝三个发光色的发光元件而构成了白色光源的情况下，存在导致各颜色的光分离、在发光光源11中发生颜色不均的问题。以下，说明其原因。图3表示在发光光源11中，在其中心部配置了红、绿、蓝三个发光色的发光元件13R、13G、13B的情况下的各颜色光的行为。例如，在图3中，由LR表示红色光，由LG表示绿色光，由LB表示蓝色光，由AR表示设定在离发光光源11一定距离处的照射面T上的红色光LR的照射区域，由AG表示绿色光LG的照射区域，由AB表示蓝色光LB的照射区域。
在该发光光源11的情况下，各发光元件13R、13G、13B的位置稍微错开，所以被全反射区域15b反射后、被反射区域12c反射的光的出射方向根据光的颜色而不同，因此，各颜色的照射区域AR、AG、AB也相互错开。因此，各颜色的光相互重叠而成为白色光的区域W成为在图3中打斜线的区域。由图3可知，打斜线的白色光的区域W比反射区域12c窄，在其外侧的区域中，出射光带有颜色而发生颜色不均。
如果要解决这样的问题，只要将各反射区域12a、12b、…分割得更小、根据各颜色光来设计反射区域的截面形状即可。例如，在图4所示的发光光源16中，将反射区域12c进一步分割为三个反射区域17a、17b、17c，将反射区域17a设计为在反射区域17a中使蓝色光LB向前面方向出射，将反射区域17b设计为在反射区域17b中使绿色光LG向前面方向出射，将反射区域17c设计为在反射区域17c中使红色光LR向前面方向出射。
如图4所示，在这样设计而成的发光光源16中，各颜色光相互重叠而成为白色光的区域W与反射区域17a、17b、17c的整体(即，反射区域12c)大致相同。
由图4的例子也可知，即使在使用了多色的发光元件的情况下，如果增大光源的反射镜的分割数，则可以降低发光光源的颜色不均、提高颜色的均匀性。此外，在单色或多色的发光元件中，如果增大反射镜的分割数，则可以细致地设定光的前进方向，所以能够提高光路设计的自由度、更细致地调节光的出射方向，而且可以提高光强的均匀性。
另外，需要对应于装有发光光源的设备、例如液晶显示装置的薄型化而缩短发光光源和液晶面板之间的距离，因此，要求尽可能使能够无颜色不均且均匀地进行照明的照射面接近发光光源。因此，在如图4所示的结构的发光光源16中，使照射面T进一步接近发光光源16时，如图5所示，各颜色光LR、LG、LB相互重叠而成为白色光的区域W再次小于反射区域12c，发生颜色不均。
进而，照射面接近发光光源而使照射面和发光光源之间的距离变得非常短时，如图6所示，由于在反射镜12的反射区域间形成的级差部18的影响引起的亮度不均变得显著。即，在形成了菲涅耳反射面形状的反射镜12上，在各反射区域间形成有级差部18，所以在各反射区域中发生成为级差部18的阴影而光L3无法射入的区域。因此，照射面接近发光光源时，该区域被投影到照射面T上而产生暗部19，在照射面T上映出光反射面的图案。
在该情况下，在通过将反射镜的反射区域进一步细分而减少照射面上的颜色不均或亮度不均等的方法中，必须随着照射面接近发光光源而使反射镜的反射区域细微化，反射镜的制造变得困难，成本增加。从而，照射面接近发光光源时，反射镜的分割数逐渐增大，存在无法取得发光光源的性能提高和成本之间的平衡的问题。进而，在将反射镜的反射区域细分的方法中，反而使级差部增加，所以不能减少光反射面的图案在照射面上的映出。
另外，这里，说明了在使用多色的发光元件的发光光源中，颜色不均的问题，但在使用单色或一个发光元件的发光光源中，也因同样的原因，随着照射面接近发光光源而显著地表现出亮度不均。
专利文献1日本特开2004-186092号公报发明内容本发明的目的在于提供发光光源和发光光源中的光的出射方法，即使在发光光源的附近设定了照射面的情况下，也可以在照射面中，减少颜色不均或亮度不均等而均匀地进行照明。
本发明的第一发光光源具有反射光的反射镜、配置在所述反射镜的光反射面侧的导光部、以及向所述导光部发出光的发光元件，其特征在于，所述导光部在与所述反射镜的光反射面相对的面上具有对一部分光进行反射、使其余的光透过的光反射面，并且具有光出射面，其向外部出射从所述发光元件发出的光、被所述导光部的光反射面反射的所述发光元件的光、以及被所述反射镜的光反射面反射的所述发光元件的光。这里，光出射面是从发光元件进入导光部的光直接地、或者被导光部的光反射面反射后、或者被反射镜的光反射面反射后，从导光部出射的面，相当于导光部的与光反射面相反的一侧的面。
在本发明的第一发光光源中，反射镜的光反射面与对一部分光进行反射、使其余的光透过的导光部的光反射面相对。从而，从发光元件发出、被导光部的光出射面全反射后、入射到导光部的光反射面上的光的一部分被导光部的光反射面反射而从导光部的光出射面向前方出射。此外，其余的光透过导光部的光反射面后，被反射镜的光反射面反射而从光出射面向前方出射。这样，被导光部的光反射面反射而向前方出射的光和被反射镜的光反射面反射而向前方出射的光相互重叠，从而，可以减少颜色不均或亮度不均而均匀地照明前方。特别是可以在发光光源的附近处的照射面中减少颜色不均或亮度不均而均匀地照明前方。
本发明的第一发光光源的某一实施方式的特征在于，所述导光部的光反射面以及所述反射镜的光反射面分别具有由级差部划分的多个反射区域。根据该实施方式，由于反射区域间被级差部所划分，所以可以减小导光部的光反射面的作为整体的厚度(深度)和反射镜的光反射面的作为整体的厚度(深度)，可以使发光光源薄型化。此外，通过将各光反射面划分为多个反射区域，可以细致地控制从导光部的光出射面出射的光线。
另外，在该发光光源中，也可以使例如被导光部的光反射面反射而从光出射面出射的光成为被设计成得到作为目标的光学特性的光线、被反射镜的光反射面反射而从光出射面出射的光成为辅助光线。或者，也可以使被反射镜的光反射面反射而从光出射面出射的光成为被设计成得到作为目标的光学特性的光线、被导光部的光反射面反射而从光出射面出射的光成为辅助光线。
本发明的第一发光光源的另一种实施方式的特征在于，所述导光部的光反射面的形状被设定为，向由于所述反射镜的光反射面上形成的级差部而光难以射到的区域反射光。根据该实施方式，由导光部的光反射面向由于在反射镜的光反射面上设置级差而难以提供到光的区域反射光，所以可以使照射面中的亮度均匀化、减少颜色不均或亮度不均。
本发明的第一发光光源的又一种实施方式的特征在于，所述导光部的光反射面和所述反射镜的光反射面具有相同的形状。在该实施方式中，由于导光部的光反射面和反射镜的光反射面具有相同的形状，所以发光光源的设计变得容易。
在该实施方式中，也可以从垂直于所述光出射面的方向观察时，所述导光部的光反射面和所述反射镜的光反射面的位置相互错开。在该情况下，即使导光部的光反射面和反射镜的光反射面为同一形状，也因位置相互错开而可以增大导光部的光反射面对光的反射方向和反射镜的光反射面对光的反射方向之间的差别、可以提高使从导光部的光出射面出射的光均匀化的效果。
本发明的第一发光光源的又一种实施方式的特征在于，所述导光部的光反射面和所述反射镜的光反射面具有不同的形状。在该实施方式中，由于导光部的光反射面和反射镜的光反射面具有不同的形状，所以两个光反射面的设计的自由度提高、使从导光部的光出射面射出的光均匀化的效果提高。
本发明的第一发光光源的又一种实施方式的特征在于，在所述导光部的光反射面和所述反射镜的光反射面之间具有对一部分光进行反射、使其余的光透过的另一个光反射面。根据该实施方式，由于可以由三层的光反射面反射光后从光出射面出射，所以可以使从光出射面出射的光更均匀化。从而，可以进一步减少照射面中的颜色不均或亮度不均。
本发明的第一发光光源的又一种实施方式的特征在于，在所述导光部的光反射面和所述反射镜的光反射面之间的空间内填充有折射率比所述导光部更小的介质。根据该实施方式，可以由导光部的光反射面对光进行菲涅耳反射。由于该介质的折射率越小、则越能提高导光部的光反射面的反射率，所以最好使用空气作为该介质。但是，在空间内难以将反射镜和导光部之间的距离保持恒定的情况下，也可以在该空间内填充低折射率的透明树脂。
本发明的第二发光光源具有发出光的发光元件、对从发光元件发出的光进行反射的光反射面、以及导光部，该导光部具有向外部出射从所述发光元件发出的光以及被所述光反射面反射的所述发光元件的光的光出射面，其特征在于，所述光反射面由对一部分光进行反射、使其余的光透过的部分反射面和基本上反射所有的光的高反射率反射面的多种面构成。
在本发明的第二发光光源中，由对一部分光进行反射、使其余的光透过的部分反射面和基本上反射所有的光的高反射率反射面的多种面构成光反射面。从而，从发光元件发出、被导光部的光出射面全反射后入射到部分反射面的光的一部分被部分反射面反射而从导光部的光出射面向前方出射。此外，其余的光透过部分反射面后，被全反射面反射而从导光部的光出射面向前方出射。这样，被部分反射面反射而向前方出射的光和被高反射率反射面反射而向前方出射的光相互重叠，从而可以减少颜色不均或亮度不均而均匀地照明前方。特别是可以在发光光源的附近处的照射面中减少颜色不均或亮度不均而均匀地照明前方。
本发明的发光光源阵列由多个本发明的第一或第二发光光源排列而成。根据该发光光源阵列，可以提供大面积且颜色不均或亮度不均少的照明手段。
本发明的背光源由多个本发明的第一或第二发光光源在同一平面内排列而成。根据该背光源，可以提供大面积且颜色不均或亮度不均少的背光源。特别是在彩色显示用的情况下，可以减少颜色不均而提高颜色的均匀性。
本发明的液晶显示装置具有由多个本发明的第一或第二发光光源排列而成的发光光源阵列、以及与所述发光光源阵列相对配置的液晶显示面板。根据该液晶显示装置，可以使画面的明度均匀。进而，在彩色显示的液晶显示装置中，可以提高颜色的均匀性。
本发明的发光光源中的光的出射方法，该发光光源具有反射光的反射镜、与所述反射镜的光反射面侧相对地配置的导光部、以及向所述导光部发出光的发光元件，该方法的特征在于，在所述导光部的与所述反射镜相对的面上，对从所述发光光源发出的光中的一部分光进行反射、使其余的光透过，同时由所述反射镜的光反射面反射透过了所述导光部的与所述反射镜相对的面的光，从而向外部出射从所述发光元件发出的光、被所述导光部的与所述反射镜相对的面反射的所述发光元件的光、以及被所述反射镜的光反射面反射的所述发光元件的光。
在本发明的发光光源中的光的出射方法中，在导光部的与反射镜相对的面上，对一部分光进行反射、使其余的光透过。从而，从发光元件出射、被导光部的光出射面全反射后入射到导光部的与反射镜相对的面的光的一部分被导光部的与反射镜相对的面反射后，从导光部的光出射面向前方出射。此外，其余的光透过导光部的与反射镜相对的面之后，被反射镜的光反射面反射而从导光部的光出射面向前方出射。这样，被导光部的与反射镜相对的面反射而向前方出射的光和被反射镜的光反射面反射而向前方出射的光相互重叠，从而可以减少颜色不均或亮度不均而均匀地照明前方。特别是可以在发光光源的附近处的照射面中减少颜色不均或亮度不均而均匀地照明前方。
另外，本发明的以上说明的结构要素可以尽可能任意地进行组合。
图1是表示现有例的发光光源的一部分的截面图。
图2是在现有例的发光光源中，除去导光部而表示发光元件和反射镜的正视图。
图3是表示在现有例的发光光源的中心部配置了红、绿、蓝三个发光色的发光元件的情况下的、各颜色光的行为和预定的照射面中的各颜色的宽度、示出发光光源的一部分的截面图。
图4是表示在图3的发光光源中、将其反射区域分割得更小的情况下的、各颜色光的行为和预定的照射面中的各颜色的宽度、示出发光光源的一部分的截面图。
图5是表示在图4所示的发光光源中、比图4的情况设定得更近的照射面中的各颜色的宽度、示出发光光源的一部分的截面图。
图6是说明图4所示的发光光源的另一个问题点的图。
图7是说明图4所示的发光光源的又一个问题点的图。
图8是表示本发明的实施例1的发光光源的外形的立体图。
图9是实施例1的发光光源的外观立体图。
图10是实施例1的发光光源的分解立体图。
图11A、图11B、图11C以及图11D分别是实施例1的发光光源的正视图、后视图、俯视图以及侧视图。
图12A是从导光部的前面侧观察的立体图，图12B是从导光部22的背面侧观察的立体图。
图13A、图13B、图13C以及图13D分别是导光部的正视图、后视图、俯视图以及侧视图。
图14是从反射镜的前面侧观察的立体图。
图15A、图15B、图15C以及图15D分别是反射镜的正视图、后视图、俯视图以及侧视图。
图16A是图15A的X-X线截面图，图16B是图15A的Y-Y线截面图。
图17是用于说明实施例1的发光光源中的光的行为的截面图。
图18是实施例1的发光光源的作用说明图。
图19是说明导光部的光反射面和反射镜的光反射面为相同形状，而反射光的反射方向不同的原因的图。
图20是实施例1的发光光源的作用说明图。
图21是表示从发光元件发出而直接从发光光源出射的光线的对角方向上的截面图。
图22是表示设定在离发光光源预定距离处的照射面中的、直接出射光的光强的分布的图。
图23是表示被反射镜的光反射面正反射后、从发光光源出射的光线的对角方向上的截面图。
图24是表示设定在离发光光源预定距离处的照射面中的、正反射光的光强的分布的图。
图25是表示被导光部的光反射面菲涅耳反射后、从发光光源出射的光线的对角方向上的截面图。
图26是表示设定在离发光光源预定距离处的照射面中的、菲涅耳反射光的光强的分布的图。
图27是表示将图22、图24以及图26的光强分布相加的结果的图。
图28是表示将图22以及图24的光强分布相加的结果的图。
图29是表示在通过发光光源的中心而与边平行的方向上的截面中、被反射镜的光反射面正反射的光和被导光部的光反射面菲涅耳反射的光的截面图。
图30是表示在通过现有例的发光光源的中心而与边平行的方向上的截面中、被反射镜正反射的光的截面图。
图31是表示图29所示的光线和图30所示的光线的、照射面上的光强的分布的图。
图32是表示在对角方向上排列了两个本发明的发光光源的情况下的出射光特性的仿真结果的图。
图33是表示在对角方向上排列了两个现有例的发光光源的情况下的出射光特性的仿真结果的图。
图34是表示本发明的实施例2的发光光源的立体图。
图35是实施例2的发光光源的分解立体图。
图36是实施例2的发光光源的截面图。
图37是表示实施例2的变形例的截面图。
图38是表示本发明的实施例3的发光光源的立体图。
图39A、图39B、图39C以及图39D分别是实施例3的发光光源的正视图、后视图、俯视图以及侧视图。
图40是实施例3的发光光源的截面图。
图41是反射镜的正视图。
图42是表示本发明的实施例4的发光光源的立体图。
图43A、图43B、图43C以及图43D分别是实施例4的发光光源的正视图、后视图、俯视图以及侧视图。
图44是从实施例4中的导光部的背面侧观察的立体图。
图45A、图45B、图45C以及图45D分别是实施例4中的导光部的正视图、后视图、俯视图以及侧视图。
图46是实施例4中的反射镜的立体图。
图47A、图47B、图47C以及图47D分别是实施例4中的反射镜的正视图、后视图、俯视图以及侧视图。
图48是实施例4中的反射镜的截面图。
图49是表示本发明的实施例5的发光光源的立体图。
图50A、图50B、图50C以及图50D分别是实施例5的发光光源的正视图、后视图、俯视图以及侧视图。
图51A以及图51B是从实施例5中的导光部的前面侧和背面侧观察的立体图。
图52A、图52B、图52C以及图52D分别是实施例5中的导光部的正视图、后视图、俯视图以及侧视图。
图53是实施例5中的反射镜的立体图。
图54A、图54B、图54C以及图54D分别是实施例5中的反射镜的正视图、后视图、俯视图以及侧视图。
图55是实施例5中的反射镜的截面图。
图56是表示本发明的实施例6的发光光源阵列的立体图。
图57是表示本发明的实施例7的液晶显示器的结构的概略截面图。
具体实施例方式
以下，根据附图详细说明本发明的实施例。但是，本发明不限于以下的实施例，可以根据用途等而适当地设计并变更。
图8是表示本发明的实施例1的发光光源21的外形的立体图。图9是该发光光源21的外观立体图。图10是该发光光源21的分解立体图。此外，图11A、图11B、图11C以及图11D分别是该发光光源的正视图、后视图、俯视图以及侧视图。如这些图所示，发光光源21由导光部22、反射镜23以及发光元件24R、24G、24B构成。
图12A是从导光部22的前面侧观察的立体图，图12B是从导光部22的背面侧观察的立体图。图13A、图13B、图13C以及图13D分别是导光部22的正视图、后视图、俯视图以及侧视图。该导光部22由高折射率的光透过性材料形成为大致盘状。作为构成导光部22的光透过性材料，可以使用环氧树脂或丙烯酸树脂等的透明树脂，也可以使用玻璃材料。
如图8或图12A所示，导光部22从前面观察的形状为矩形。在导光部22的前面中央部设有为圆形的直接出射区域29，在其外侧隔着环状的槽25设有全反射区域30。直接出射区域29是由与导光部22的中心轴垂直的平面形成的平滑的圆形区域，全反射区域30也是由与导光部22的中心轴垂直的平面形成的平滑的区域。另外，在图示例中，直接出射区域29和全反射区域30在同一平面内形成，直接出射区域29位于与全反射区域30相同的高度处，但也可以在槽25内使直接出射区域29比全反射区域30突出而使直接出射区域29高于全反射区域30。相反，也可以使直接出射区域29比全反射区域30向槽25内缩进而使直接出射区域29低于全反射区域30。另外，直接出射区域29首先是使从发光元件24R、24G、24B发出的光直接出射到外部的区域，但也可以具有对所入射的光进行全反射的作用。同样，全反射区域30首先具有将所入射的光向反射镜26侧全反射的作用，但也可以具有使入射的光透过而向外部出射的作用。
在直接出射区域29和全反射区域30之间设有圆环状的槽25，在槽25的底面上通过环状的平面形成有全反射区域31。此外，在槽25的内周侧侧面上形成倾斜的倾斜全反射区域32，倾斜全反射区域32被形成为越接近导光部22的前面侧、直径越小的带有锥度的圆锥台状。该全反射区域31和倾斜全反射区域32首先也都具有对所入射的光进行全反射的作用，但所入射的光的一部分也可以透过倾斜全反射区域32而出射到外部。
如图12B以及图13C所示，导光部22的背面弯曲，在该背面的中央部突出有圆柱状的突部27。在导光部22的背面，在除突部27之外的区域中形成有用于对被导光部22前面的全反射区域30等全反射的光的一部分进行反射、使其余的光透过的光反射面26。在该光反射面26上不必特别设置光学薄膜，仅成为了导光部22和空气的界面。由于导光部22的折射率充分大于空气的折射率，所以光入射到该界面(光反射面26)上时，所入射的光的一部分被菲涅耳反射，其余的光透过。或者，根据光入射的角度，所有的入射光被全反射。
如图12所示，导光部22的光反射面26被分割为多个至少沿两个方向排列的反射区域28、28、…，形成为棋盘状。此外，该光反射面26为菲涅耳反射面，以减小导光部22的厚度，在各反射区域28、28、…间形成有级差部。此外，由于光反射面26被纵横分割为多个反射区域28、28、…，所以可以增大反射区域28、28、…的分割数，通过控制各反射区域28、28、…的曲面形状或斜率，可以细致地设计从导光部22出射的光线。另外，也可以使导光部22的光反射面26稍微粗糙化以使光漫射。
图14是从反射镜23的前面侧观察的立体图。图15A、图15B、图15C以及图15D分别是反射镜23的正视图、后视图、俯视图以及侧视图。此外，图16A是图15A的X-X线截面图，图16B是图15A的Y-Y线截面图。反射镜23的前面为盆状地弯曲的凹面，在其中央部开有圆的通孔34。反射镜23的前面的弯曲面为用于对所入射的光进行正反射或漫反射的高反射率的光反射面33。为了使光反射面33为高反射率，由高反射性树脂(例如，反射率为大于等于95％的树脂)或铝等的金属形成反射镜23后使光反射面33平滑，或者在由树脂形成的反射镜23的前面蒸镀金属薄膜即可。另外，还可以使反射镜23的光反射面33也具有一些漫射性。
反射镜23的光反射面33具有与导光部22的光反射面26相同的图案。即，光反射面33被分割为多个至少沿两个方向排列的反射区域35、35、…，形成为棋盘状。此外，该光反射面33为菲涅耳反射面，以减小反射镜23的厚度，在各反射区域35、35、…间形成有级差部。此外，导光部22的光反射面26和反射镜23的光反射面33因在相同的位置上配置了相同形状的反射区域28、35而形成了相同的图案。
如图9或图17所示，导光部22和反射镜23在导光部22的背面(光反射面26)和反射镜23的表面(光反射面33)之间隔开微小的间隔而相对。即，导光部22和反射镜23之间的空间为空气层。由于该空气层具有比光的波长充分大的厚度，所以入射到光反射面26上的光的一部分被菲涅耳反射、其余的光透过，或者根据光的入射角度而被全反射。
在这样将导光部22和反射镜23进行组合而组装了发光光源21的状态下，导光部22的光反射面26的各反射区域28和反射镜23的光反射面33的各反射区域35保持均匀的距离而相对，相同形状的反射区域28、35彼此相互相对，而且级差部彼此也相互相对。
图17是表示在本发明的发光光源21中，从发光元件24R、24G、24B发出的光的典型行为的截面图，表示与边平行的方向上的正中截面。另外，在附图中，以细线箭头表示光。在导光部22的背面侧的中心部配置了例如由LED构成的红、绿、蓝的发光元件24R、24G、24B。具体来说，将各发光元件24R、24G、24B安装在配线基板20上，使导光部22和反射镜23一体化而成的结构覆盖各发光元件24R、24G、24B，通过粘合剂接合在配线基板20上而形成一体。
使配置在发光光源21的中心部的红、绿、蓝三色的发光元件24R、24G、24B发光时，从发光元件24R、24G、24B发出的光中、以小于导光部22的界面的全反射临界角的出射角出射的光入射到直接出射区域29中，该光透过直接出射区域29而从发光光源21直接向前方出射。
以大于全反射临界角的出射角出射的光入射到全反射区域31中，该光被全反射区域31全反射，从而入射到导光部22的光反射面26上。入射到光反射面26上的光的一部分被光反射面26菲涅耳反射，被光反射面26反射的光透过全反射区域30而向前方出射。此外，透过了光反射面26的光被反射镜23的光反射面33反射，透过全反射区域30后向前方出射。
以大于全反射临界角的出射角出射的光入射到全反射区域30中，该光被全反射区域30全反射，从而入射到光反射面26上。入射到光反射面26上的光的一部分被光反射面26菲涅耳反射，被光反射面26反射的光透过全反射区域30而向前方出射。此外，透过了光反射面26的光被反射镜23的光反射面33反射，透过全反射区域30后向前方出射。
以对直接出射区域29的出射角和对全反射区域的出射角之间的出射角从发光元件24R、24G、24B出射的光入射到倾斜全反射区域32中，被倾斜全反射区域32以及直接出射区域29全反射二次后，入射到反射区域36中。入射到光反射面26上的光的一部分被光反射面26菲涅耳反射，被光反射面26反射的光透过全反射区域30后向前方出射。此外，透过了光反射面26的光被反射镜23的光反射面33反射，透过全反射区域30而向前方出射。
另外，在发光光源21的角部，光以大的入射角入射到光反射面26上，所以这里也可以使入射到导光部22的光反射面26上的光被光反射面26全反射后从全反射区域30向前方出射。
如在背景技术中也说明过的那样，在现有的发光光源中存在照射面T与发光光源接近时，在照射面中，颜色不均或亮度不均变得显著的问题。此外，在具有菲涅耳反射面形状的反射镜的情况下，在反射区域之间具有级差部，因此具有成为该级差部的阴影而光达不到的区域在照射面上映出光反射面的图案的问题。
相对于此，在该实施例的发光光源21中，如图18所示，可以使从某一方向入射的光L5通过导光部22的光反射面26和反射镜23的光反射面33向不同的方向反射，所以通过使被两层光反射面反射的光重叠，在照射面T中难以发生颜色不均或亮度不均，可以均匀地进行照明。此外，可以防止光反射面的图案映到照射面上。
图19是说明导光部22的光反射面26和反射镜23的光反射面33为相同形状、而反射光的反射方向不同的原因的图。由图19可知，假设导光部22的光反射面26和反射镜23的光反射面33均为非球面或球面状的凹曲面时，即使光线L5从同一方向入射，导光部22的反射面26中的光入射点P1比反射镜23的光反射面33中的光入射点P2偏向内侧。考虑光反射面26、33的切平面时，光入射点P1处的切平面Q1的斜率比光入射点P2处的切平面Q2的斜率平缓，因此被导光部22的光反射面26反射的反射光比被反射镜23的光反射面33反射的光更向外侧扩展。
从而，如果将反射镜23的光反射面33设计为能够得到期望的反射光特性，则通过在前方(即，导光部22的背面)设置相同的图案，可以使反射光分散，仅通过反射镜23的光反射面33就可以对光量不足的部分提供光，可以消除发光光源21的颜色不均、亮度不均、由级差部引起的暗部等。
此外，在现有的发光光源中，如图7所示，在位于远离发光元件13处的反射区域17a中，被反射的光L4的光路长变长，入射光的光量减少。而且，反射区域的反射率都相同。因此，在位于远离中心处的反射区域17a中，反射光的光量比靠近中心的反射区域17c减小，可能引起亮度不均。
相对于此，在本实施例的发光光源21中，反射镜23的光反射面33中的反射率在任意的区域中都为80～90％。此外，被导光部22的光反射面26反射的光的反射率在靠近发光元件24R、24G、24B一侧只不过是入射光量的百分之几，但远离发光元件24R、24G、24B时，由于全反射而成为100％。从而，在本发明的发光光源21的情况下，如图20所示，在靠近发光元件24R、24G、24B一侧，只不过是由导光部22的光反射面26反射入射光量的百分之几，而且其余的入射光量的80～90％被反射镜23的光反射面33反射。相对于此，在远离发光元件24R、24G、24B一侧，虽然入射光量减少，但其反射率由于导光部22的光反射面26的全反射而成为100％。从而，根据本实施例的发光光源21，可以防止在发光光源21的周边部、光量骤减而边缘变暗。
接着，说明通过仿真对在中央部配置了一个发光元件的对角方向长度为40mm的本实施例的发光光源21的出射光特性进行评价的结果。图21表示在通过本实施例的发光光源21的中心的对角方向上的截面中、从发光元件24R、24G、24B出射后不被两个光反射面26、33反射而直接从发光光源21出射的光线，图22表示设定在离发光光源21预定距离处的照射面T中的、该直接出射光的光强的分布。此外，图23表示在通过该发光光源21的中心的对角方向上的截面中、被反射镜23的光反射面33正反射后从发光光源21出射的光线，图24表示设定在离发光光源21预定距离处的照射面T中的、该正反射光的光强的分布。图25表示在通过该发光光源21的中心的对角方向上的截面中、被导光部22的光反射面26菲涅耳反射(包括全反射)后从发光光源21出射的光线，图26表示设定在离发光光源21预定距离处的照射面T中的、该菲涅耳反射光的光强的分布。
图27表示将图22、图24以及图26的光强分布相加的结果。即，图27是将直接出射光、正反射光以及菲涅耳反射光相加的光强分布，表示本发明的发光光源21的特性。另一方面，图28表示将图22以及图24的光强分布相加的结果。即，图28是将直接出射光以及正反射光相加的光强分布，表示现有例的特性。在图28所示的现有例的特性中，在发光光源的中央部，光强高，在发光光源的角部分，光强降低，亮度不均变得相当大。相对于此，在图27所示的本发明实施例的特性中，中央部的光强被抑制，且在发光光源的角部分，光强升高，在整体上实现了光强的均匀化。
图29表示在通过本实施例的发光光源21的中心而与边平行的方向上的截面中、被光反射面33正反射的光和被光反射面26菲涅耳反射的光。图30表示在通过现有例的发光光源的中心而与边平行的方向上的截面中、被反射镜正反射的光。在现有例中，如图30所示，出射光的方向非常一致。但是，因此，如图31所示的光强分布这样，光强的变化增大。相对于此，在本实施例的情况下，出射光的方向分散，因此，如图31所示的光强分布这样，照射面T中的光强的变动小于现有例。
图32以及图33表示在对角方向上排列了两个发光光源的情况下的出射光特性的仿真结果。图32表示考虑到直接出射光、正反射光以及菲涅耳反射光的结果，相当于本实施例的发光光源的出射光特性。图33表示考虑到直接出射光以及正反射光的结果，相当于现有例的出射光特性。在光反射面仅为一层的现有例中，如图33所示，在与发光光源之间的边界部分对应之处，光强几乎为零，从而变暗，相对于此，在本实施例的发光光源的情况下，如图32所示，在与发光光源之间的边界部分对应之处也保持均匀的明度。
图34是表示本发明的实施例2的发光光源41的立体图，图35是其分解立体图。此外，图36是该发光光源41的截面图。在该实施例中，在导光部22的四边设置切口部42，在反射镜23的前面四边设置突起部43，在使切口部42和突起部43啮合的情况下使导光部22与反射镜23重叠，从而将导光部22的反射镜23和反射镜23的光反射面33相互定位。
此外，在导光部22的背面角部分别朝向背面侧突出有脚部44，通过使该脚部44与反射镜23的前面抵接，可以将导光部22的光反射面26和反射镜23的光反射面33之间的间隔保持为预定值。
在导光部22的背面形成有大致球面状的凹部45，在凹部45的中央部配置发光元件24R、24G、24B，从而可以高效率地将各发光元件24R、24G、24B的光导入到导光部22内。
另外，在图36中，在导光部22的光反射面26和反射镜23的光反射面33之间的空间为空气层，但这里，也可以填充折射率比导光部22小的透明树脂。
图37是实施例2的变形例，由具有导光部22和空气之间的折射率的透明的覆膜46覆盖了导光部22背面的光反射面26。根据该变形例，覆膜46和空气的界面成为对所入射的光的一部分进行反射、使其余的光透过的第三光反射面47，所以可以通过三层光反射面26、47、33反射光，通过使这些反射光重叠而可以得到均匀的特性。
图38是表示本发明的实施例3的发光光源51的立体图。图39A、图39B、图39C以及图39D分别是该发光光源51的正视图、后视图、俯视图以及侧视图。图40是发光光源51的截面图。此外，图41是反射镜23的正视图。该发光光源51具有与实施例1的发光光源21大致相同的结构，但与在实施例1的发光光源21中、导光部22的光反射面26和反射镜23的光反射面33的各图案被配置在相同的位置处相比，在实施例3的发光光源51中如图40所示，使两个光反射面26、33的位置相互错开。这里使用的导光部22与实施例1中所说明的导光部相同，但反射镜23的光反射面33与实施例1不同。在实施例1中，光反射面33的图案与光反射面26同样地按照一定间距排列，但在实施例3的反射镜23中，如图41所示，通过在各边的中央部将反射区域35扩展，使光反射面33的图案与光反射面26错开。从而，光反射面26的级差部52和光反射面33的级差部53也相互错开。
在本实施例中，由于在导光部22的光反射面26和反射镜23的光反射面33上将图案配置错开，所以可以使被光反射面26反射的光和被光反射面33反射的光的方向更为不同，可以使出射光更随机化而实现均匀化。此外，通过使光反射面26的图案和光反射面33的图案错开，可以更难觉察到反射区域间的级差部分。
图42是表示本发明的实施例4的发光光源61的立体图。图43A、图43B、图43C以及图43D分别是发光光源61的正视图、后视图、俯视图以及侧视图。图44是从构成实施例4的发光光源61的导光部22的背面侧观察的立体图，图45A、图45B、图45C以及图45D分别是导光部22的正视图、后视图、俯视图以及侧视图。图46是构成实施例4的发光光源61的反射镜23的立体图，图47A、图47B、图47C以及图47D分别是反射镜23的正视图、后视图、俯视图以及侧视图。图48是反射镜23的截面图。
该发光光源61的特征在于，导光部22的光反射面26和反射镜23的光反射面33分别由配置为同心圆状的环状的反射区域28、35构成。
图49是表示本发明的实施例5的发光光源71的立体图。图50A、图50B、图50C以及图50D分别是发光光源71的正视图、后视图、俯视图以及侧视图。图51A、图51B是从构成实施例5的发光光源71的导光部22的前面侧和背面侧观察的立体图。图52A、图52B、图52C以及图52D分别是导光部22的正视图、后视图、俯视图以及侧视图。图53是构成实施例5的发光光源71的反射镜23的立体图，图54A、图54B、图54C以及图54D分别是反射镜23的正视图、后视图、俯视图以及侧视图。图55是反射镜23的截面图。
该发光光源71的特征在于，其外形、即导光部22的外形以及反射镜23的外形从前面观察为正六边形。进而，构成导光部22的光反射面26的各反射区域28也为正六边形，构成反射镜23的光反射面33的各反射区域35也为正六边形。
图56是表示本发明的实施例6的发光光源阵列81的立体图。该发光光源阵列81为纵横各排列多个例如矩形的发光光源21而成。如果这样排列多个发光光源来构成发光光源阵列81，则可以制造更大面积的光源。而且，根据本发明的发光光源阵列81，如在图32中说明的那样不易在发光光源之间的连接处变暗，所以可以得到大面积且均匀明度的发光光源阵列81。
图57是表示本发明的实施例7的液晶显示器(液晶显示装置)91的结构的概略截面图。液晶显示器91是在液晶面板92的背面配置背光源93而构成。液晶面板92为一般的液晶面板，从背面侧起依次层叠偏振片94、液晶单元95、相位差板96、偏振片97以及防反射膜98而构成。
背光源93是在排列了多个发光光源21的发光光源阵列81的前面配置光漫射膜101、棱镜片(prism sheet)102以及亮度提高膜103而成。发光光源21从前面观察为形成了正方形，将一百个左右或几百个该发光光源21排列成棋盘状而构成了发光光源阵列81。光漫射膜101的作用是通过使从发光光源阵列81出射的光漫射，实现亮度的均匀化、同时使从发光光源阵列81出射的各颜色的光均匀地混合。棱镜片102通过使倾斜入射的光折射或内部反射而使其向垂直于棱镜片102的方向弯曲后透过，由此，可以提高背光源93的正面亮度。
亮度提高膜103是使某一偏振面内的线偏振光透过、反射与其垂直的偏振面内的线偏振光的膜，具有提高从发光光源阵列81出射的光的利用效率的作用。即，亮度提高膜103被配置为透过光的偏振面与液晶面板92所使用的偏振片94的偏振面一致。从而，从发光光源阵列81出射的光中、偏振面与偏振片94一致的光透过亮度提高膜103而入射到液晶面板92内，而偏振面与偏振片94垂直的光被亮度提高膜103反射而返回，被发光光源阵列81反射后再次入射到亮度提高膜103中。由于被亮度提高膜103反射而返回的光被发光光源阵列81反射而再次入射到亮度提高膜103之前，其偏振面旋转，所以其一部分透过亮度提高膜103。通过重复这样的作用，从发光光源阵列81出射的光的大部分被液晶面板92所利用，液晶面板92的亮度提高。
根据这样的液晶显示器91，可以显示没有颜色不均或亮度不均的良好的图像。
权利要求
1.一种发光光源，具有反射光的反射镜、配置在所述反射镜的光反射面侧的导光部、以及向所述导光部发出光的发光元件，其特征在于，所述导光部在与所述反射镜的光反射面相对的面上具有对一部分光进行反射、使其余的光透过的光反射面，并且在相对于所述导光部的所述光反射面、与所述反射镜相反的一侧具有光出射面，该光出射面向外部出射从所述发光元件发出的光、被所述导光部的光反射面反射的所述发光元件的光、以及被所述反射镜的光反射面反射的所述发光元件的光。
2.如权利要求1所述的发光光源，其特征在于，所述导光部的光反射面以及所述反射镜的光反射面分别具有由级差部划分的多个反射区域。
3.如权利要求2所述的发光光源，其特征在于，所述导光部的光反射面的形状被设定为，向由于所述反射镜的光反射面上形成的级差部而光难以射到的区域反射光。
4.如权利要求1所述的发光光源，其特征在于，所述导光部的光反射面和所述反射镜的光反射面具有相同的形状。
5.如权利要求4所述的发光光源，其特征在于，从垂直于所述光出射面的方向观察时，所述导光部的光反射面和所述反射镜的光反射面的位置相互错开。
6.如权利要求1所述的发光光源，其特征在于，所述导光部的光反射面和所述反射镜的光反射面具有不同的形状。
7.如权利要求1所述的发光光源，其特征在于，在所述导光部的光反射面和所述反射镜的光反射面之间具有对一部分光进行反射、使其余的光透过的另一个光反射面。
8.如权利要求1所述的发光光源，其特征在于，在所述导光部的光反射面和所述反射镜的光反射面之间的空间内填充有折射率比所述导光部更小的介质。
9.一种发光光源，具有发出光的发光元件、对从发光元件发出的进行反射的光反射面、以及导光部，该导光部具有向外部出射从所述发光元件发出的光以及被所述光反射面反射的所述发光元件的光的光出射面，其特征在于，所述光反射面由对一部分光进行反射、使其余的光透过的部分反射面和基本上反射所有的光的高反射率反射面的多种面构成。
10.一种发光光源阵列，其特征在于，由多个权利要求1或9所述的发光光源排列而成。
11.一种背光源，其特征在于，由多个权利要求1或9所述的发光光源在同一平面内排列而成。
12.一种液晶显示装置，具有由多个权利要求1或9所述的发光光源排列而成的发光光源阵列、以及与所述发光光源阵列相对配置的液晶显示面板。
13.一种发光光源中的光的出射方法，该发光光源具有反射光的反射镜、与所述反射镜的光反射面侧相对地配置的导光部、以及向所述导光部发出光的发光元件，该方法的特征在于，在所述导光部的与所述反射镜相对的面上，对从所述发光光源发出的光中的一部分光进行反射、使其余的光透过，同时由所述反射镜的光反射面反射透过了所述导光部的与所述反射镜相对的面的光，从而向外部出射从所述发光元件发出的光、被所述导光部的与所述反射镜相对的面反射的所述发光元件的光、以及被所述反射镜的光反射面反射的所述发光元件的光。
全文摘要
发光光源及发光光源中的光的出射方法。本发明的课题是提供在发光光源的附近的照射面中、也可以减少颜色不均或亮度不均等而均匀地进行照明的发光光源。作为解决手段，发光光源(21)由透明的导光部(22)、反射镜(23)、以及发光元件(24R、24G、24B)构成。在导光部(22)的背面形成有对所入射的光的一部分进行反射、使其余的光透过的光反射面(26)。在反射镜(23)的前面形成有对光进行正反射的光反射面(33)。从发光元件(24R、24G、24B)发出的光被两层光反射面(26、33)反射而从导光部(22)向前方出射。
文档编号H01L33/48GK1873307SQ200610085080
公开日2006年12月6日 申请日期2006年5月31日 优先权日2005年5月31日
发明者松井明, 清本浩伸, 本间健次 申请人:欧姆龙株式会社