JP2007013007A - 光源装置、表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 色度ムラを低減することを可能にする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Ｒ，Ｇ，Ｂを近接させて、１つの発光素子群１を構成し、各発光素子群１において、２種類以上の発光色のうち少なくとも１種類以上の発光色の発光素子Ｇが複数個設けられ、それぞれの発光色の発光素子Ｒ，Ｇ，Ｂの中心位置Ｃがほぼ一致するように配置されている光源装置２を構成する。
【選択図】 図２

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白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。

発光ダイオード（ＬＥＤ）の用途として、複数の白色発光ダイオード（白色ＬＥＤ）と、Ｒ，Ｇ，Ｂ３色の発光ダイオード又は他色の発光ダイオードとを組み合わせて、白色光とする、白色ＬＥＤ光源が知られている。
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り、また面光源全体の輝度ムラ及び色度ムラを所定の範囲内に抑えることが要求される。

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。

エッジライト方式では、画面の横方向に配置した光源から導光板へ導光した光を、拡散シートや反射シートにより画面前面へ方向変換している。
しかし、この方向変換の過程における光量ロスによって、発光効率が低くなりやすく、光源から遠い位置での輝度が低下する傾向にある。
このため、エッジライト方式は、比較的小型のバックライトに採用されている。

一方、直下方式は、比較的大型のバックライト用に好適であるとされている。
ところが、バックライトの厚さが制限された条件下では、発光ダイオードから拡散板までの光路長がエッジライト方式よりも短くなるため、各発光ダイオードからの光を面内に均一に分散させることが比較的困難である。
そして、直下方式は、輝度を上げやすい利点があるが、輝度ムラ及び色度ムラが生じやすい欠点がある。

これに対して、直下方式において、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方法がある。
例えば、（１）拡散板の拡散率を上げる（２）小型発光ダイオードを多数配置する（３）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、等の方法が知られている。

しかしながら、（１）の拡散板の拡散率を上げる方法を採用すると、拡散板の透過率が低下するため、光の利用効率が悪くなって、所定の輝度を得るために必要となる電力の増加を招く。また、輝度ムラや色度ムラに対する改善効果に限界がある。
そのため、（２）小型発光ダイオードを多数配置する方法、又は（３）各発光ダイオード光源からの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方法を、採用することが望ましい。

なお、（１）〜（３）のいずれの方法においても、Ｒ，Ｇ，Ｂ３色又は他色の発光ダイオードの組み合わせで白色の光源とする際には、各色がバックライトのパネル全面で所定の視野角範囲内にて輝度ムラ及び色度ムラがない白色の面光源となるように、各色の発光ダイオードの配置や光学的放射特性を考慮する必要がある。

上述の（３）の発光ダイオード光源からの出射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方法を採用した構成として、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）。
特に、略円錐型反射面を用いた構成は、発光ダイオードからの発光した光を、略横方向へ変換して光路長を伸ばし、拡散板や輝度上昇フィルム等で発光方向を再度バックライトパネル方向へ変換するため、各発光ダイオードのチップ間の輝度ムラや色度ムラを良好に分散させることができる。

さらに、発光ダイオードと略円錐型反射面とによって、発光ダイオードのパッケージ（ＬＥＤパッケージ）を構成することも可能である。
そして、この構成のパッケージを、Ｒ，Ｇ，Ｂ３色の発光ダイオードを用いた白色光源に応用した、ＬＥＤパッケージも提案されている（例えば、特許文献２参照）。

ところで、例えば、Ｒ，Ｇ，Ｂ３色の発光ダイオードから成る白色光源によって、バックライトを構成する場合には、所望の色温度の白色が得られるように、各発光色の発光ダイオードを発光させなければならない。そのために、各発光色ダイオードを、その発光波長から決定される所定の輝度比に合致した輝度にて発光させる必要がある。

しかしながら、発光ダイオードの発光効率が各発光色で相違することから、要求される輝度に対する定格発光輝度比が最も低い発光色の発光ダイオードに合わせて、他の発光色の発光ダイオードは、出力を低減させて発光させる必要がある。
このため、発光効率の良好な発光色を定格以下で発光させることになり、消費電力効率の悪化、所望の白色輝度値とするための必要となる発光ダイオードの数が増加することによるコストアップ、等の問題を招く。

そこで、各色を効率良く発光させながら所望の白色色度を実現するために、Ｒ，Ｇ，Ｂの各発光色の発光ダイオードのチップ面積を異ならせた構成（例えば、特許文献３参照）が提案されている。
また、各発光色の発光ダイオードの配置を、Ｒ，Ｇ，Ｂの１組毎に異ならせて、数組のグループで各色の色度分布を均質化することにより、色度の非対称性を改善する構成（例えば、特許文献４参照）も提案されている。

実開平７−３１５４号公報 特開２００４−１４０３２７号公報 特開平１１−１６２２３３号公報 特開平１１−３０５１号公報

例えば、Ｒ，Ｇ，Ｂ３色の発光ダイオードのチップ配置を、図１４Ａに示すようにデルタ形に配置した場合や、図１４Ｂに示すようにインライン形に配置した場合には、小型発光ダイオードを多数配置しても、各チップを近接配置していれば、容易に３色を混色して白色光とすることができ、問題が生じにくい。

これに対して、図１５Ａ〜図１５Ｃに示すように、Ｒ，Ｇ，Ｂ３色の発光ダイオード１組に対して、１個の略円錐型反射面を配置した場合には、円錐の中心軸に対して、横放射方向の所定の角度範囲が、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色の反射領域となるため、反射光の色割れが強調されやすくなる。
即ち、図１５Ａに示すように、デルタ形に配置したＲ，Ｇ，Ｂのチップの中心位置上に、表面が反射面とされた略円錐型の部材５１を配置すると、図１５Ｂに断面図を示すように、各チップの発光ダイオードから出射した光が、反射面で反射されて、中心位置から離れるように横方向に向かう。
このため、図１５Ｃに平面図を示すように、Ｒ，Ｇ，Ｂのチップの周辺が、Ｒ主発光領域と、Ｇ主発光領域と、Ｂ主発光領域との３つの領域に分かれることになる。これらの主発光領域では、それぞれの発光色が特に強くなっているため、拡散板を通過させても、充分に混色して白色光とすることが難しくなる。

さらに、略円錐型反射面を有する光学部材と、特許文献３に記載されている構成（チップ面積を異ならせる構成）や特許文献４に記載されている構成（１組毎に各発光色の配置を変える構成）とを、単純に組み合わせた場合には、色度ムラが発生しやすくなってしまう。

上述した問題の解決のために、本発明においては、色度ムラを低減することを可能にする光源装置、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を近接させて、１つの発光素子群を構成し、各発光素子群において、２種類以上の発光色のうち少なくとも１種類以上の発光色の発光素子が複数個設けられ、それぞれの発光色の発光素子の中心位置がほぼ一致するように配置さ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、２種類以上の発光色のうち少なくとも１種類以上の発光色の発光素子が複数個設けられ、それぞれの発光色の発光素子の中心位置がほぼ一致するように配置されていることにより、中心位置に対してそれぞれの発光色の発光素子が略対称となっている。
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、色度ムラを低減することが可能となる。また、輝度ムラも低減す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、光源装置の色度ムラや輝度ムラが低減されるため、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、色度ムラや輝度ムラを低減することが可能となることにより、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、良好な白色光源を実現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。

本発明の第１の実施の形態として、光源装置の要部の平面図を図１に示す。
図１に示すように、３色の発光色の発光ダイオード、即ち赤色発光ダイオードＲと、緑色発光ダイオードＧと、青色発光ダイオードＢとを備えて、１組の発光ダイオードユニット１が構成されている。

また、３色の発光色の発光ダイオードＲ，Ｇ，Ｂのうち、赤色発光ダイオードＲと、青色発光ダイオードＢとを２個ずつ（Ｒ１，Ｒ２及びＢ１，Ｂ２）有して、発光ダイオードユニット１が構成されている。
さらに、所望の白色色度を各色の発光ダイオードを発光効率良く駆動しながら達成するために、発光輝度の不足する発光色の発光ダイオード、即ち緑色発光ダイオードＧのチップ面積を、他の発光色の発光ダイオードＲ，Ｂよりも大きくしている。

本実施の形態では、特に、発光ダイオードユニット１において、各発光色Ｒ，Ｇ，Ｂの発光ダイオードの中心位置が一致しており、かつ各発光色Ｒ，Ｇ，Ｂの発光ダイオードが中心に対して対称に配置されている。
２個の赤色発光ダイオードＲ１，Ｒ２は、それぞれの中心位置ＣＲ１，ＣＲ２から、２個の赤色発光ダイオード全体の中心位置が、図１中のＣの位置になる。また、２個の赤色発光ダイオードＲ１，Ｒ２は、中心Ｃに対して対称に配置されている。
２個の青色発光ダイオードＢ１，Ｂ２は、それぞれの中心位置ＣＢ１，ＣＢ２から、２個の青色発光ダイオード全体の中心位置が、図１中のＣの位置になる。また、２個の青色発光ダイオードＢ１，Ｂ２は、中心Ｃに対して対称に配置されている。
１個の緑色発光ダイオードＧは、その中心位置が図１中のＣの位置にあり、中心Ｃに対して対称になっている。
即ち、各発光色Ｒ，Ｇ，Ｂの発光ダイオードの中心位置が図１中の点Ｃで一致しており、かつ各発光色Ｒ，Ｇ，Ｂの発光ダイオードが中心Ｃに対して対称に配置されている。
これにより、発光ダイオードユニット１内で、光学的対称性が保たれるため、色度ムラを低減することが可能となる。

図１の発光ダイオードにおいて、各発光色の発光ダイオードＲ，Ｇ，Ｂの寸法や配置は、例えば、緑色発光ダイオードＧを一辺１ｍｍの正方形、赤色発光ダイオードＲ及び青色発光ダイオードＢを一辺０．３５ｍｍの正方形、中心位置Ｃから周囲の発光ダイオードＲ１，Ｒ２，Ｂ１，Ｂ２の中心位置ＣＲ１，ＣＲ２，ＣＢ１，ＣＢ２までの距離を約０．３５ｍｍとすることができる。
これらの寸法に限定されるものではないが、中心位置Ｃから周囲の発光ダイオードＲ１，Ｒ２，Ｂ１，Ｂ２の中心位置ＣＲ１，ＣＲ２，ＣＢ１，ＣＢ２までの距離は、２ｍｍ以下にすることが望ましい。

ここで、図１に示す発光ダイオードユニット１を、マトリックス配置した、光源装置の一形態の平面図を図２に示す。
この光源装置２は、図１に示した発光ダイオードユニット１が、縦横にマトリックス配置されて構成されている。

上述の本実施の形態の光源装置２の構成によれば、各発光ダイオードユニット１において、２個の赤色発光ダイオードＲ１，Ｒ２と、２個の青色発光ダイオードＢ１，Ｂ２とを有し、各発光色の発光ダイオードＲ，Ｇ，Ｂの中心位置が一致しており、各発光色の発光ダイオードＲ，Ｇ，Ｂが中心Ｃに対して対称に配置されている。
これにより、発光ダイオードユニット１内で、光学的対称性が保たれるため、色度ムラや輝度ムラを低減することが可能となる。
また、図１に示す発光ダイオードユニット１を、図２に示すようにマトリックス配置して構成した光源装置２において、各ユニット１間での色度ムラを低減することができる。
そして、色度ムラを低減することができるため、光源装置２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２を薄くして小型化することが可能になる。
例えば、前述した寸法・配置の発光ダイオードユニット１を用いて、各発光ダイオードユニット１の中心位置Ｃの間隔を２０ｍｍ程度として光源装置２を構成した場合には、２０ｍｍ程度の厚さで、混色により白色光とすることができる。

さらに、本実施の形態の光源装置２の構成によれば、発光輝度が不足し、発光効率の低い緑色発光ダイオードＧのチップ面積を大きくしていることにより、発光ダイオードユニット１全体における発光効率を向上させることにより、光源装置２において所望の輝度を得るために必要となる発光ダイオードユニット１の数を低減することができるため、光源装置２におけるチップ数を削減することが可能になる。

図１及び図２に示した光源装置２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、図１及び図２に示した構成の光源装置２は、色度ムラを低減することができ、良好な白色光源となるため、このような用途に用いて好適である。

図１及び図２に示した構成の光源装置２をバックライト装置に適用して、図３に概略構成図（分解斜視図）を示すようなカラー液晶表示装置を構成することができる。
図３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１０と、このカラー液晶表示パネル１０の背面側に設けられたバックライトユニット４０とから成る。

透過型のカラー液晶表示パネル１０は、ガラス等で構成された２枚の透明な基板（ＴＦＴ基板１１、対向電極基板１２）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１３を設けた構成となっている。ＴＦＴ基板１１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）１６と、画素電極１７とが形成されている。
薄膜トランジスタ１６は、走査線１５により、順次選択されると共に、信号線１４から供給される映像信号を、対応する画素電極１７に書き込む。
対向電極基板１２は、その内表面に、対向電極１８及びカラーフィルター１９が形成されている。

カラーフィルター１９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１０を２枚の偏光板３１，３２で挟み、バックライトユニット４０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４０は、カラー液晶表示パネル１０を背面側から照明するものである。図３に示すように、バックライトユニット４０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２０ａから面発光するバックライト装置２０と、このバックライト装置２０の光出射面２０ａ上に積層された拡散板４１とから構成されている。
拡散板４１は、光出射面２０ａ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。

そして、バックライト装置２０は、図２に示したように、３色Ｒ，Ｇ，Ｂの発光ダイオードから成る発光ダイオードユニット１が、マトリックス配置されて構成される。
これにより、各発光ダイオードユニット１において色度ムラや輝度ムラが低減されているので、カラー液晶表示パネル１０に表示される画像に対して、バックライト装置２０の輝度ムラや色度ムラが影響することを抑制して、画像の輝度や色度の分布を良好な分布とすることができる。
従って、表示すべき画像を、良好な画質で表示することができる。

なお、赤色発光ダイオードは、発光時の温度上昇による波長変化が大きく、投入電流を抑える必要がある。
そのためには、発光面積を大きくして、少ない電流でも充分な輝度を得ることが考えられる。
そして、例えば図１及び図２に示した発光ダイオードユニット１の構成を変形して、さらに、赤色発光ダイオードＲを、青色発光ダイオードＢよりもチップ面積が大きく、発光面積が大きい構成とすることが可能である。

発光ダイオードユニットにおける各発光色のチップ面積の関係は、図１及び図２に示したＧ＞（Ｒ，Ｂ）の他にも、様々な関係が可能である。
上述のように、赤色発光ダイオードＲが、青色発光ダイオードＢよりもチップ面積が大きい構成としては、例えば、（Ｇ，Ｒ）＞Ｂ、Ｇ＞Ｒ＞Ｂ、Ｒ＞Ｇ＞Ｂ等が考えられる。

次に、本発明の第２の実施の形態として、光源装置の概略構成図（要部の斜視図）を図４に示す。
本実施の形態では、円錐型反射面を用いて、発光ダイオードＲ，Ｇ，Ｂから出射した光を略水平方向へ変換する構成である。
図４に示すように、３色の発光色の発光ダイオードＲ，Ｇ，Ｂが、図１に示した発光ダイオードユニット１と同様に配置され、さらに発光ダイオードＲ，Ｇ，Ｂの中心位置Ｃの上方に、頂点を下向きにして円錐型反射面を有する光学部材２１が配置されて、発光ダイオードユニット３が構成されている。
そして、図４に示す発光ダイオードユニット３を、多数例えばマトリックス状に配置することにより、光源装置を構成する。

図４において、矢印で示す９０度のＲＧＢ混色領域においては、それぞれ緑色発光ダイオードＧの１／４、赤色発光ダイオードＲの１／２、青色発光ダイオードＢの１／２の各面積がかかっている。このため、各発光色Ｒ，Ｇ，Ｂがバランス良く混合されることになり、図１５Ｃに示した主発光領域のように特定の発光色が強く発生する（色割れする）ことがない。
従って、各発光色Ｒ，Ｇ，Ｂの輝度バランスを確保して、色度ムラを低減することが可能になる。

上述の本実施の構成によれば、図１に示した発光ダイオードユニット１と同様に、３色の発光色の発光ダイオードが配置されている。即ち、各発光色の発光ダイオードＲ，Ｇ，Ｂの中心位置が一致しており、各発光色の発光ダイオードＲ，Ｇ，Ｂが中心Ｃに対して対称に配置されている。
これにより、発光ダイオードユニット３内で、光学的対称性が保たれるため、色度ムラを低減することが可能となる。
また、図４に示す発光ダイオードユニット３を、マトリックス配置して構成した光源装置において、各ユニット３間での色度ムラを低減することができる。
そして、発光効率の低い緑色発光ダイオードＧのチップ面積を、他の発光色の発光ダイオードＲ，Ｂよりも大きくしているため、発光ダイオードユニット３全体における発光効率を向上させることができる。これにより、光源装置において所望の輝度を得るために必要となる発光ダイオードユニット３の数を低減することができるため、光源装置におけるチップ数を削減することが可能になる。

さらに、各発光色の発光ダイオードＲ，Ｇ，Ｂの中心位置Ｃの上方に、円錐型反射面を有する光学部材２１が配置されていることにより、各発光色Ｒ，Ｇ，Ｂがバランス良く混合されるため、各発光色Ｒ，Ｇ，Ｂの輝度バランスを確保して、この点によっても、色度ムラを低減することが可能になる。

また、色度ムラを低減することができるため、光源装置を薄くしても良好な色度分布をえることができ、光源装置を薄くして小型化することが可能になる。
されに、光学部材２１の円錐型反射面によって、基板に略垂直な方向の出射光を、基板に略平行な略水平方向に変換して放射させることができるため、この点によっても、光源装置を薄くして小型化することが可能になる。

図４に示した実施の形態においては、緑色発光ダイオードＧのチップ面積を、他の発光色の発光ダイオードＲ，Ｂのチップ面積よりも大きくして、他の発光色の発光ダイオードＲ，Ｂの個数を２こずつ配置して発光ダイオードユニット３を構成したが、発光ダイオードユニットを構成するチップ面積及びチップの個数は、その他の構成とすることも可能である。
そして、発光効率の低い発光色や必要輝度の高い発光色について、他の発光色よりも、チップ面積を大きくしたり、チップ数を多くしたりすることが望ましい。これにより、発光ダイオードユニット全体の発光効率を高めることができるため、光源装置に必要な発光ダイオードユニットの数を低減して、光源装置全体のチップ数を削減し、光源装置のコストダウンを図ることができる。

図４に示す発光ダイオードユニット３を、多数例えばマトリックス状に配置することにより構成した本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。
そして、光源装置が、色度ムラを低減することができ、良好な白色光源となるため、このような用途に用いて好適である。
本実施の形態の光源装置は、図３に示したカラー液晶表示装置１００のバックライト装置２０に適用することが可能である。

本実施の形態の光源装置は、円錐型反射面を有する光学部材２１を用いたことにより光源装置を薄くすることが可能であるため、図３に示したカラー液晶表示装置１００に適用した場合に、直下型のバックライト装置２０を薄くすることが可能になる。
これにより、カラー液晶表示装置１００の小型化を図ることが可能になる。

次に、本発明の第３の実施の形態として、光源装置の概略構成図（要部の平面図）を図５に示す。
図５に示すように、２個の赤色発光ダイオードＲと、２個の緑色発光ダイオードＧと、１個の青色発光ダイオードＢとが、各発光色Ｒ，Ｇ，Ｂの中心位置が一致し、かつこの中心位置に対して対称に配置されている。
また、図示しないが、図４に示した実施の形態と同様に、発光ダイオードＲ，Ｇ，Ｂの中心位置の上方に円錐型反射面を有する光学部材が配置されて、発光ダイオードユニット４が構成される。
本実施の形態では、赤色発光ダイオードＲ及び緑色発光ダイオードＧのチップ面積を大きくして、中央の青色発光ダイオードＢのチップ面積が相対的に小さくなっている。

この場合も、円錐型反射面を有する光学部材の反射面により、図５中に示す９０度のＲＧＢ混色領域において、３色を混色することができるため、各発光色Ｒ，Ｇ，Ｂの輝度バランスを確保して、色度ムラを低減することが可能になる。

そして、赤色発光ダイオードＲもチップ面積を大きくしていることにより、少ない電流でも充分な輝度を得ることができ、赤色発光ダイオードＲへの投入電流を抑えて、発光時の温度上昇による波長変化を低減することができる。

図５に示す発光ダイオードユニット４を、多数例えばマトリックス状に配置することにより構成した本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。
そして、光源装置が、色度ムラを低減することができ、良好な白色光源となるため、このような用途に用いて好適である。
本実施の形態の光源装置は、図３に示したカラー液晶表示装置１００のバックライト装置２０に適用することが可能である。

図５に示した実施の形態を変形した形態を、図６と図７にそれぞれ示す。
図６に示す形態では、緑色発光ダイオードＧのみをチップ面積を大きくして、赤色発光ダイオードＲは、青色発光ダイオードＢと同じ面積として、発光ダイオードユニット５を構成している。この場合は、緑色発光ダイオードＧのみをチップ面積を大きくしているため、図４に示した実施の形態と同様の作用が得られると考えられる。

図７に示す形態では、面積を大きくした、緑色発光ダイオードＧ及び赤色発光ダイオードＲを、中心位置の青色発光ダイオードＢに対して斜めに配置して、発光ダイオードユニット６を構成している。この場合は、図５に示した構成と比較すると、４つのＲＧＢ混色領域の境界が斜め方向に変わっただけであり、作用効果は同様である。

なお、図５〜図７に示した各形態の３色の発光ダイオードＲ，Ｇ，Ｂの配置を用いて、図１に示したと同様に、円錐型反射材を設けていない発光ダイオードユニットを構成することも可能である。
その場合、チップ面積を大きくした発光色において、それぞれチップ面積を大きくしたことによる作用効果が得られる。

次に、本発明の第４の実施の形態として、光源装置の概略構成図（要部の平面図）を図８に示す。本実施の形態では、各発光色の発光ダイオードを発光効率良く駆動しながら、所望の白色の色度を達成するために、各発光色の発光ダイオードのチップ面積を変えずにチップ数を増加させて、ＲＧＢ混色領域での各発光色の輝度バランスを確保し色度ムラを低減している。
図８に示すように、２個の赤色発光ダイオードＲと、４個の緑色発光ダイオードＧと、２個の青色発光ダイオードＢとが、各発光色Ｒ，Ｇ，Ｂの中心位置Ｃが一致し、かつこの中心位置に対して対称に配置されている。
また、図示しないが、図４に示した実施の形態と同様に、発光ダイオードＲ，Ｇ，Ｂの中心位置の上方に円錐型反射面を有する光学部材が配置されて、発光ダイオードユニット７が構成される。

本実施の形態では、各発光ダイオードＲ，Ｇ，Ｂのチップ面積が同一になっている。
また、緑色発光ダイオードＧが、他の発光色の発光ダイオードＲ，Ｂの２倍の個数になっている。そして、図８中矢印で示す９０度の各ＲＧＢ混色領域においては、それぞれ緑色発光ダイオードＧの１倍、赤色発光ダイオードＲの１／２、青色発光ダイオードＢの１／２の各面積がかかっており、緑色発光ダイオードＧの面積が他の発光色の発光ダイオードＲ，Ｂの２倍となっている。このため、各発光色Ｒ，Ｇ，Ｂがバランス良く混合されることになり、各発光色Ｒ，Ｇ，Ｂの輝度バランスを確保して、色度ムラを低減することが可能になる。

さらに、本実施の形態では、各発光色の発光ダイオードＲ，Ｇ，Ｂの中心位置Ｃを一致させているが、中心位置Ｃには発光ダイオードが設けられていない。
このように、円錐型反射面の中心軸が配置される中心位置Ｃに発光ダイオードが存在していないために、円錐型反射面の中心軸が配置される位置に発光ダイオードが存在する配置と比較して、各発光色の発光ダイオードＲ，Ｇ，Ｂと円錐型反射面との相対位置の差が少なくなると共に、各発光色の発光ダイオードＲ，Ｇ，Ｂからの出射光を円錐型反射面で反射させた後の放射角をほぼ一致させることができる。
これにより、さらに効果的に色度ムラを低減させることが可能になる。

図８に示す発光ダイオードユニット７を、多数例えばマトリックス状に配置することにより構成した本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。
そして、光源装置が、色度ムラを低減することができ、良好な白色光源となるため、このような用途に用いて好適である。
本実施の形態の光源装置は、図３に示したカラー液晶表示装置１００のバックライト装置２０に適用することが可能である。

次に、図８に示した実施の形態を変形して、緑色発光ダイオードＧを他の発光色の発光ダイオードＲ，Ｂよりもチップ面積を大きくした形態を、図９Ａ〜図９Ｃにそれぞれ示す。いずれの場合も、各発光色の発光ダイオードＲ，Ｇ，Ｂの中心位置Ｃには発光ダイオードが設けられていない点が図８と共通している。
また、これら図９Ａ〜図９Ｃに示す各形態でも、図示しないが、図４に示した実施の形態と同様に、発光ダイオードＲ，Ｇ，Ｂの中心位置の上方に円錐型反射面を有する光学部材が配置されて、発光ダイオードユニットが構成される。

図９Ａは、赤色発光ダイオードＲを４個、緑色発光ダイオードＧを２個として、これらの位置を図８の位置から入れ替えて、緑色発光ダイオードＧのチップ面積を大きくしている。発光ダイオードユニット全体及び９０度のＲＧＢ混色領域において、チップ面積がＧ＞Ｒ＞Ｂの関係となっている。

図９Ｂは、赤色発光ダイオードＲ及び青色発光ダイオードＢを４個ずつ、緑色発光ダイオードＧを２個として、これらの位置を図９Ａの位置から少し変えて、緑色発光ダイオードＧのチップ面積を大きくしている。この場合、赤色発光ダイオードＲ及び青色発光ダイオードＢは数とチップ面積が同一になっており、発光ダイオードユニット全体及び９０度のＲＧＢ混色領域において、チップ面積がＧ＞（Ｒ，Ｂ）の関係となっている。

図９Ｃは、各発光色の発光ダイオードＲ，Ｇ，Ｂの個数は図８と同一として、各発光ダイオードＲ，Ｇ，Ｂの位置関係を図８から少し変えて、緑色発光ダイオードＧのチップ面積を大きくしている。９０度のＲＧＢ混色領域において、緑色発光ダイオードＧと他の発光色の発光ダイオードＲ，Ｂとのチップ面積の差が、図８よりも大きくなっている。

次に、図８に示した実施の形態を変形して、各発光ダイオードＲ，Ｇ，Ｂを中心位置Ｃから等距離に配置した形態を、図１０に示す。
この図１０に示す構成では、各発光色の発光ダイオードＲ，Ｇ，Ｂを中心位置Ｃから等距離に配置している。
また、図４に示した実施の形態と同様に、発光ダイオードＲ，Ｇ，Ｂの中心位置Ｃの上方に円錐型反射面を有する光学部材２１が配置されている。
各発光色の発光ダイオードＲ，Ｇ，Ｂを中心位置Ｃから等距離に配置したことにより、光学部材の円錐型反射面との相対位置が同等となるため、より効果的に色度ムラを低減させることが可能になる。
図１０のＳ−Ｓにおける断面図を図１１Ａに示し、図１０のＴ−Ｔにおける断面図を図１１Ｂに示し、図１０のＵ−Ｕにおける断面図を図１１Ｃに示す。図１１Ａ〜図１１Ｃに示すように、各発光色の発光ダイオードＲ，Ｇ，Ｂからの出射光が、光学部材２１の円錐型反射面によって、ほぼ同様に反射されることがわかる。

また、図９Ａに示した形態をさらに変形して、各発光ダイオードＲ，Ｇ，Ｂを中心位置Ｃから等距離に配置した形態を、図１２に示す。この場合も、図示しないが、図４に示した実施の形態と同様に、発光ダイオードＲ，Ｇ，Ｂの中心位置の上方に円錐型反射面を有する光学部材が配置されている。
この場合、図９Ａに示した形態と同様に、緑色発光ダイオードＧの面積を大きくした作用効果が得られると共に、各発光色の発光ダイオードＲ，Ｇ，Ｂを中心位置Ｃから等距離に配置したことにより、円錐型反射面との相対位置が同等となるため、より効果的に色度ムラを低減させることが可能になる。

次に、本発明に対する比較例の構成として、円錐型反射面と組み合わせない場合には問題とならないが、円錐型反射面と組み合わせた場合には好ましくない、各発光色の発光ダイオードの配置を示す。

図１６に示す構成は、赤色発光ダイオードＲ及び青色発光ダイオードＢを１個ずつ、緑色発光ダイオードＧを４個設けていて、全体の中心位置には発光ダイオードが設けられていない。
緑色発光ダイオードＧの中心位置は全体の中心位置と一致している。一方、赤色発光ダイオードＲは中心位置の上側に、青色発光ダイオードＢは中心位置の下側に配置され、各色の中心位置が全体の中心位置とは一致しない。

この図１６に示す配置としたときには、円錐型反射面と組み合わせない場合には混色が可能であるが、円錐型反射面と組み合わせた場合には、充分に混色を行うことができず、好ましくない。
即ち、青色発光ダイオードＢからの出射光が、円錐型反射面に遮られて、図中上側に放射され難くなる。同様に、赤色発光ダイオードＲからの出射光が、円錐型反射面に遮られて、図中下側に放射され難くなる。これにより、円錐型反射面に遮られた発光色が弱くなって、混色のバランスが悪くなり、色度ムラが生じやすい欠点がある。

図１７に示す構成は、３色の発光ダイオードＲ，Ｇ，Ｂを、２個ずつ同じチップ面積としている。また、全体の中心位置から各発光ダイオードＲ，Ｇ，Ｂを等距離で、かつ等しい角度間隔で配置している。
この構成では、図中矢印で示すように、ＲＧＢ混色領域は１２０度となる。

この図１７に示す構成としたときには、円錐型反射面と組み合わせない場合には混色が可能であるが、円錐型反射面と組み合わせた場合には、充分に混色を行うことができず、好ましくない。
即ち、３色の発光ダイオードＲ，Ｇ，Ｂを全く等価に配置しているため、１２０度のＲＧＢ混色領域における各発光色Ｒ，Ｇ，Ｂのチップ面積の比が、３つのＲＧＢ混色領域で異なっている。右上のＲＧＢ混色領域では青Ｂが、左上のＲＧＢ混色領域では緑Ｇが、下のＲＧＢ混色領域では赤Ｒが、それぞれ他の発光色よりも面積比が大きくなっている。
このため、２個の各発光色の発光ダイオードＲ，Ｇ，Ｂにおいて、駆動電流を等しくすると、ＲＧＢ混色領域毎に輝度バランスが異なってしまい、面積比の大きい発光色が強く出て、混色が難しくなる。
図１７に示す構成において、ＲＧＢ混色領域における各発光色Ｒ，Ｇ，Ｂの輝度バランスを同等にするためには、同じ発光色の２個の発光ダイオードの駆動電流を異なるものにする必要があり、駆動回路が複雑になる欠点がある。

本発明の第５の実施の形態として、上述した図１７の構成の問題を解決する構成の光源装置の要部の平面図を、図１３に示す。
図１３に示す構成では、同じ発光色の２個の発光ダイオードの駆動電流を等しくするために、同じ発光色の２個の発光ダイオードのチップ面積を異ならせて、各発光色Ｒ，Ｇ，Ｂのチップ面積の比が、３つのＲＧＢ混色領域でほぼ等しくなるようにしている。具体的には、同じ発光色の２個の発光ダイオードのチップ面積の比を、約２：１としている。
また、図示しないが、図４に示した実施の形態と同様に、発光ダイオードＲ，Ｇ，Ｂの中心位置の上方に円錐型反射面を有する光学部材が配置されている。

上述の本実施の形態の構成によれば、同じ発光色の２個の発光ダイオードのチップ面積を異ならせて、各発光色Ｒ，Ｇ，Ｂのチップ面積の比が、３つのＲＧＢ混色領域でほぼ等しくなるようにしていることにより、各発光ダイオードの駆動電流を同一としても、ＲＧＢ混色領域における各発光色Ｒ，Ｇ，Ｂの輝度バランスを同等にすることができる。
これにより、各発光ダイオードの駆動電流を同一としても、各発光色Ｒ，Ｇ，Ｂを容易に混色して、色度ムラのない白色光を得ることが可能になることから、複雑な駆動回路を必要としない。

図１３に示す発光ダイオードユニットを、多数例えばマトリックス状に配置することにより構成した本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。
そして、光源装置が、良好な白色光源となるため、このような用途に用いて好適である。
本実施の形態の光源装置は、図３に示したカラー液晶表示装置１００のバックライト装置２０に適用することが可能である。

なお、上述した各実施の形態の光源装置を、液晶表示装置のバックライト装置等に適用する場合には、略水平方向（基板に略平行な方向）に変換した光を、さらに拡散板や輝度上昇フィルム等によって、再度表示パネルのある、基板に略垂直な方向へ変換させる。

上述の各実施の形態では、３色の発光色の発光ダイオードＲ，Ｇ，Ｂにより光源装置を構成したが、本発明において、白色光源を構成する色数は３色に限らず、少なくとも２色以上でも構成可能である。
ただし、カラー液晶表示装置のバックライト装置に用いる場合には、少なくともＲ，Ｇ，Ｂ３色以上を備えている必要がある。

また、本発明においては、例えば、赤Ｒ、緑Ｇ、青Ｂ以外の発光色の発光ダイオードを使用することも可能である。他の発光色の発光ダイオードとＲ，Ｇ，Ｂの３色の発光ダイオードとを組み合わせてもよい。

さらに、各発光色の発光ダイオードのチップの数や、チップ面積の大小は、各発光色の発光ダイオードの発光特性や、必要となる照明輝度及び白色色度に応じて、様々に変形することが可能である。

さらにまた、発光ダイオードからの出射光を基板に略垂直な方向から変換する光学部品としては、略円錐型反射面を有する光学部材２１に限定されない。
反射面の形状は、略円錐型に限定されず、例えば、球面や楕円球面、円筒面、凹面等も可能である。
また、反射面を有する部材の代わりに、発光素子からの出射光を屈折させて、基板に略垂直な方向から略水平方向に変換する光学部品を用いてもよい。例えば、凹レンズ、凸レンズ、フレネルレンズ等の各種形状の光学部品を用いて、本発明に適応することが可能である。

また、本発明は、直下型のバックライト装置や照明装置として用いるために、発光ダイオードユニットをマトリックス配列して光源装置を構成する場合に限定されるものではなく、各発光色の発光ダイオードが配置された発光ダイオードユニットから成る白色ＬＥＤパッケージ単体で、光源装置を構成してもよい。

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。
そして、複数の発光色の発光素子を用いて、上述の各実施の形態の発光ダイオードユニットに相当する、発光素子群を構成すればよい。

また、本発明の表示装置としては、図３に示したようなカラー液晶表示装置に限定されるものではなく、画像（文字のみの画像も含む）を表示する表示部とバックライトとを備えた構成であれば、表示部が液晶表示パネル以外の構成であってもよい。
液晶表示装置のようにバックライト光源からの光を透過させる構成の他に、表示部が自発的に発光する構成であっても、例えば、輝度を上げるための補助光源としてバックライト光源を使用する場合には、本発明を適用することが可能である。

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。

本発明の光源装置の第１の実施の形態の要部の平面図である。 図１に示す発光ダイオードユニットをマトリックス状に配置した光源装置の平面図である。 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。 本発明の光源装置の第２の実施の形態の要部の斜視図である。 本発明の光源装置の第３の実施の形態の要部の平面図である。 図５の光源装置の形態を変形した一形態の要部の平面図である。 図５の光源装置の形態を変形した他の形態の要部の平面図である。 本発明の光源装置の第４の実施の形態の要部の平面図である。 Ａ〜Ｃ 図８の光源装置の形態を変形した形態の要部の平面図である。 図８の光源装置の形態を変形した形態の要部の平面図である。 Ａ 図１０のＳ−Ｓにおける断面図である。 Ｂ 図１０のＴ−Ｔにおける断面図である。 Ｃ 図１０のＵ−Ｕにおける断面図である。 図９Ａの光源装置の形態をさらに変形した形態の要部の平面図である。 本発明の光源装置の第５の実施の形態の要部の平面図である。 Ａ ３色の発光ダイオードのチップをデルタ形に配列した場合の平面図である。 Ｂ ３色の発光ダイオードのチップをインライン形に配列した場合の平面図である。 Ａ ３色の発光ダイオード１組に対して、１個の略円錐型反射面を配置した場合の斜視図である。 Ｂ 図１５ＡのＡから見た断面図である。 Ｃ 図１５ＡのＢから見た平面図である。 各色の中心位置が全体の中心位置とは一致しない比較例の光源装置の要部の平面図である。 ３色の発光ダイオードを２個ずつ同じチップ面積とした比較例の光源装置の要部の平面図である。

符号の説明

１，３，４，５，６，７ 発光ダイオードユニット、２ 光源装置、１０ カラー液晶表示パネル、１９ カラーフィルター、２０ バックライト装置、２１ 円錐型反射面を有する部材、１００ カラー液晶表示装置、Ｒ 赤色発光ダイオード、Ｇ 緑色発光ダイオード、Ｂ 青色発光ダイオード、Ｃ 中心位置

Claims (14)

1. 少なくとも２種類以上の発光色の発光素子を近接させて、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２種類以上の発光色のうち、少なくとも１種類以上の発光色の発光素子が複数個設けられ、それぞれの発光色の発光素子の中心位置がほぼ一致するように配置されている
   ことを特徴とする光源装置。
2. 複数の前記発光素子群を配置して成ることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 各前記発光素子群において、前記中心位置上に、発光素子からの出射光を反射又は屈折させて放射方向を変換する部材を有していることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
4. 各前記発光素子群において、前記中心位置には前記発光素子が配置されていないことを特徴とする請求項３に記載の光源装置。
5. 各前記発光素子群において、各前記発光素子が前記中心位置から等距離に配置されていることを特徴とする請求項３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. 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。
8. 各前記発光素子群において、緑色の発光色の発光素子が複数個設けられていることを特徴とする請求項７に記載の光源装置。
9. 各前記発光素子群において、赤色の発光色の発光素子及び緑色の発光色の発光素子が、それぞれ複数個設けられていることを特徴とする請求項７に記載の光源装置。
10. 各前記発光素子群において、前記２種類以上の発光色のうち、一部の発光色の発光素子が、他の発光色の発光素子よりも発光素子の面積が広いことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
11. 各前記発光素子群において、緑色の発光色の発光素子が、他の発光色の発光素子よりも発光素子の面積が広いことを特徴とする請求項７に記載の光源装置。
12. 各前記発光素子群において、緑色の発光色の発光素子と赤色の発光色の発光素子とが、青色の発光色の発光素子よりも発光素子の面積が広いことを特徴とする請求項７に記載の光源装置。
13. 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を近接させて、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２種類以上の発光色のうち、少なくとも１種類以上の発光色の発光素子が複数個設けられ、それぞれの発光色の発光素子の中心位置がほぼ一致するように配置されている
    ことを特徴とする表示装置。
14. 前記表示部が、カラー液晶表示パネルであることを特徴とする請求項１３に記載の表示装置。

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