CN1897073B - 光源装置和显示装置 - Google Patents

Abstract

一种光源装置，包括用于发射至少多于两种颜色光的各发光器件，以及一个由彼此靠近设置的各发光器件构成的发光器件组，其中每个发光器件组包括多个用于发射多于两种颜色的至少多于一种颜色的光的发光器件，多个发光器件设置成用于发射各自颜色的发光器件的中心位置彼此大致相配。

Description

光源装置和显示装置

技术领域

本发明涉及一种包括例如发光二极管的发光器件作为其光源的光源装置，尤其涉及一种适用于这样一种照明光源的光源装置，该照明光源通过均匀散射及激励R(红)、G(绿)、B(蓝)三种颜色的发光二极管而能够获得白色面光源。本发明还涉及包括从后面照明显示部分的光源装置的显示装置。

背景技术

作为发光二极管(LED)的一种应用，众所周知，白色LED能够通过组合多个具有R(红)、G(绿)、B(蓝)三种颜色的发光二极管或其它颜色的发光二极管的白色发光二极管(白色LEDs)来发射白光。

由于近些年来发光二极管更具影响力，这种白色LED光源的应用也更加广泛。

尤其是，人们已经认为，白色光源可应用到照明光源、投影仪光源和大尺寸液晶显示器的背光。在这些应用中，由于发光二极管具有不含水银、环境载荷小、颜色再现性好、响应快、具有亮度可变性以及使用寿命长的特点，所以期望白色LED光源代替现有技术中的荧光管(热阴极管和冷阴极管)。

当白色LED光源应用到上述照明光源、投影仪光源和大尺寸液晶显示器的背光时，为了获得提供面光源所需的亮度，目前必需使用大量的为点光源的发光二极管。另外，还需要控制整个面光源的亮度不均匀性和色度不均匀性在预定的范围内。

已知两种类型的背光，即，侧光型背光和正对型背光是使用发光二极管的典型背光结构。

侧光型背光包括发射光至导光板一个端面上的发光二极管，导光板设置在垂直于照明方向上的散射器的下表面，由此提供面光源。

正对型背光包括正好位于散射器下方呈XY阵列模式(即，呈二维模式)的各发光二极管，其在垂直于散射器的方向上发射光，由此提供面光源。

根据侧光型背光，来自位于屏幕水平方向光源被引导至光导板的光，通过散射片或是反射片改变该光的方向朝向屏幕的前方。

然而，由于行进光的方向改变过程中光的损失导致光量相当大的降低，所以发光效率必然降低，并且因此在远离光源的位置亮度趋于降低。

由于这个原因，侧光型背光应用于相对较小尺寸的背光。

另一方面，正对型背光适于使用在相对较大尺寸的背光中。

然而，在背光的厚度受限制的条件下，与侧光型背光相比，从发光二极管至散射板的光路射程的长度减小，将光从各发光二极管均匀散射至面板中是相当困难的。

而正对型背光具有可容易增大亮度的优点，并具有易于出现亮度不均匀和色度不均匀的缺点。

另一方面，在正对型背光中，已知有多种方法用于在背光的限定厚度范围内均匀散射从各发光二极管至面板中的光。

例如，已知的方法有：

(1)增加散射器的散射率；

(2)设置多个小尺寸的发光二极管；以及

(3)在各发光二极管上设置能够将来自位于水平方向上的各发光二极管光源发射的光散射的光学件。

然而，当使用上述方法(1)增大散射器的散射率时，因为散射器的透射率降低，光的利用率降低并且导致获得预定亮度所需的电能必然增高。因此，根据方法(1)，对于改善亮度不均匀性和色度不均匀性的效果是有限的。

对于这个原因，最好采用方法(2)，设置多个小尺寸的发光二极管，以及采用方法(3)，在各发光二极管上设置能够将来自水平方向上的各发光二极管光源发射的光散射的光学件。

根据方法(1)至(3)的任一个，当通过组合RGB三种颜色的发光二极管或是其它颜色的发光二极管提供白光光源时，应当以这种方式考虑各种颜色的发光二极管的排列以及光辐射特性，即，在背光板的整个表面上，在预定的视场角内各种颜色可变为没有亮度不均匀和色度不均匀的白色面光源。

已知的一种利用上述方法(3)在各发光二极管上设置能够将水平方向中各发光二极管光源发射的光散射的光学元件的排列为使用透镜或是基本上为锥形反射表面的排列(例如，参见引用的专利参考文献1或是引用的专利参考文献2)。

尤其是，根据利用基本为圆锥反射面的排列，因为通过适当的装置，例如散射器和亮度增强膜，由发光二极管发射的光被改变成基本上为水平方向以延伸光路长度，并且光发射方向再次被改变为背光板方向，可令人满意地消除各发光二极管之间的亮度不均匀和色度不均匀。

另外，有可能由发光二极管和基本上圆锥反射面构建发光二极管组件(LED组件)。

有人提出，将其中具有上述排列的LED组件应用于使用R、G、B三种颜色发光二极管的白光光源(例如，参见引用的专利文献2)。

当由R、G、B三种颜色的发光二极管组成的白光光源构成背光时，为了获得理想色温的白颜色，应当激励各发射颜色的发光二极管。为此，应该用这样的亮度激励每种颜色的发光二极管，即，所述亮度相配于由光发射波长决定的预定亮度比。

然而，因为在每种颜色的发射光中发光二极管的发光效率各不相同，应该以减小的输出激励其它发射光颜色的发光二极管，该减小的输出与相对于所需亮度额定发射光亮度比为最低的发射光颜色的发光二极管协调一致。

结果，因为具有令人满意的发光效率的颜色光必须在低于额定发射光亮度的发射光亮度发射，能耗效率恶化，获得理想白色亮度值所需的发光二极管的数量增加。这样，就不可避免的出现了成本增加等问题。

因此，为了在有效激励各颜色的发光二极管的同时实现白色的理想色度，有人提出了一种排列，其中用于发射R、G、B各颜色光的各发光二极管的芯片面积互不相同(例如，参见引用的专利文献3)。

另外，有人提出了一种排列，即，通过改变各种颜色发光二极管的排列，使几个组的色度分布均衡，以便改善色度的不对称性(例如，参见引用的专利文献4)。

引用的专利文献1：日本公开的实用新型申请No.7-3154

引用的专利文献2：日本公开的专利申请No.2004-140327

引用的专利文献3：日本公开的专利申请No.11-162233

引用的专利文献4：日本公开的专利申请No.11-3051

发明内容

例如，如果R、G和B三种颜色的发光二极管以图1A所示的三角形式或是图1B所示的线性形式设置，即使当设置多个小尺寸的发光二极管时，在各芯片靠近设置的情况下也可容易地混合三种颜色来提供白光。因此，上述问题难于产生。

一方面，如图2A、2B和2C所示，如果单个的大致锥形反射表面相对于R、G和B三种颜色的一组发光二极管设置，那么，水平方向的预定角度范围变为R、G和B各颜色相对于圆锥中心轴的反射区域，使得反射光的亮度不均匀和色度不均匀更加显著。

具体地说，如图2A所示，如果其表面形成为反射表面的大致锥形元件51设置在呈三角形设置的R、G和B的中心位置，那么，如图2B示出的从图2A中箭头A表示的方向看的截面图，从发光二极管的每个芯片发射出的光被大致锥形元件51的反射表面反射，并由此朝向水平方向行进以远离中心位置。

因此，如图2C示出的平面图，R、G和B芯片的圆周被分为三个区域：R主要发光区、G主要发光区和B主要发光区。在这些R、G和B主要发光区中，尤其是增加了每个发射光的亮度，使得即使当它们经过散射器，也难于充分地混合这些发射光以提供白光。

另外，如果光学元件具有大致锥形反射表面，简单的组合引用的专利文献3中所述的排列(芯片面积不同的排列)和引用的专利文献4中所述的排列(在每个组，所发射颜色的排列改变的排列)，将会产生色度不均匀性。

为了解决上述问题，本发明提供一种光源装置，其中可降低色度不均匀性，并提供包括这种光源装置的显示装置。

根据本发明的一个方面，提供一种光源装置，其中包括：用于发射至少多于两种颜色光的发光器件，以及由彼此靠近设置的发光器件构成的一个发光器件组。在这种光源装置中，每个发光器件组包括多个用于发射多于两种颜色的颜色中至少多于一种颜色的光的发光器件，多个发光器件这样设置，以便用于发射各自颜色光的发光器件的中心位置彼此大致相配。

根据本发明实施例的显示装置还包括显示部分和用于从背面照明该显示部分的光源装置。

根据本发明上述光源装置的排列，因为每个光源器件组包括多个用于发射多于两种颜色的光中多于至少一种颜色光的发光器件，并且各发光器件以这样的方式设置，即，用于发射各自颜色的光的发光器件的中心位置彼此大致相配，用于发射各自颜色光的发光器件彼此大致对称。

因此，在每个发光器件组中，可容易地混合各颜色的光并有可能降低色度不均匀性。还有可能降低亮度不均匀性。

另外，根据本发明显示装置的排列，因为用于从后侧照明显示部分的光源装置是根据本发明实施例的光源装置的排列，可降低光源装置的色度不均匀性和亮度不均匀性。结果，显示在显示部分上的图像的色度和亮度的分布成为良好的分布。

根据本发明的上述光源装置，因为有可能降低亮度不均匀性和色度不均匀性，就有可能通过混合从发光器件发射的光实现良好的白光光源，该发光器件用于发射多于两种颜色的发射光。

根据本发明的显示装置，还因为显示在显示部分的图像的色度和亮度分布成为良好的分布，有可能显示具有良好图像质量的图像。

附图说明

图1A是示出根据相关技术的光源装置的平面图，其中三种颜色的发光二极管芯片以三角形排列；

图1B是示出根据相关技术的光源装置的平面图，其中三种颜色的发光二极管芯片成线性排列；

图2A是示出根据相关技术的光源装置的剖视图，其中相对于一组三颜色的发光二极管设置有基本为圆锥形的反射表面；

图2B是示出图2A中相关技术的光源装置沿箭头A所示方向的透视图；

图2C是示出图2A中相关技术的光源装置沿箭头B所示方向的平面图；

图3是示出根据本发明第一实施例的光源装置主要部分的平面图；

图4是光源装置的平面图，其中图3中示出的发光二极管单元设置为XY阵列形式；

图5是示出包括有光源装置作为其背光的彩色液晶显示装置的排列的示意图(分解剖视图)；

图6是示出根据本发明第二实施例的光源装置主要部分的透视图；

图7是示出根据本发明第三实施例的光源装置的主要部分的平面图；

图8是示出图7所示光源装置的变型例子的主要部分的平面图；

图9是示出图7所示光源装置的其它变型例子的主要部分的平面图；

图10是示出根据本发明第四实施例的光源装置的主要部分的平面图；

图11A、11B和11C分别是示出图10中所示光源装置的变型例子的主要部分的平面图；

图12是示出图10中所示光源装置的另一变型例子的主要部分的平面图；

图13A是沿图12中箭头S-S所示虚线的截面图；

图13B是沿图12中箭头T-T所示虚线的截面图；

图13C是沿图12中箭头U-U所示虚线的截面图；

图14是示出图11A所示光源装置的又一变型例子的主要部分的平面图；

图15是示出一个比较例的光源装置的主要部分的平面图，其中各种颜色的中心部分不与整个光源装置的中心部分耦合；

图16是示出一个比较例的光源装置的主要部分的平面图，其中三个发光二极管中的两个适合具有相同的芯片区域；以及

图17示出根据本发明第五实施例的光源装置的主要部分。

具体实施方式

将参照附图详细描述本发明。

图3是示出根据本发明第一实施例的光源装置的主要部分的平面图。

如图3所示，根据本发明的光源装置包括发射三种颜色光的发光二极管，即，红色发光二极管R、绿色发光二极管G和蓝色发光二极管B构建成了一组发光二极管单元1。

另外，当驱动具有高发光效率的各种颜色的发光二极管时，为了获得理想的白色色度，选择用于发光亮度不足的颜色光的发光二极管的芯片面积，即绿色发光二极管G的芯片面积大于发射其它颜色，即，红色和蓝色的发光二极管R和B的芯片面积。

根据本发明的实施例，尤其是在发光二极管单元1中，用于发射红、绿和蓝光，即R、G和B的发光二极管中心位置彼此相配，并且用于发射红、绿和蓝，即R、G和B的发光二极管相对于该中心对称设置。

两个红色发光二极管R1和R2具有中心位置CR1和CR2，并且两个红色发光二极管R1和R2整体的中心位置变为图3中参考标记C所示的位置。两个红色发光二极管R1和R2还关于该中心C对称设置。

两个蓝色发光二极管B1和B2具有中心位置CB1和CB2，并且两个蓝色发光二极管B1和B2整体的中心位置变为图3中参考标记C所示的位置。两个蓝色发光二极管B1和B2还关于该中心C对称设置。

一个绿色发光二极管G的中心位置与图3所示的位置C耦合，并且关于该中心C对称。

更具体地说，用于发射R、G和B颜色光的发光二极管的中心位置与图3所示的点C一致，并且，用于发射R、G和B颜色光的发光二极管关于中心C对称设置。

因此，在发光二极管单元1中可保持光的对称，并由此有可能降低色度的不均匀性。

在图3所示的发光二极管中，可以以这样的方式选择用于发射红、绿和蓝光的发光二极管R、G和B的尺寸和排列，即，绿色发光二极管G，例如，可形成边长为1mm的正方形，红色发光二极管R和蓝色发光二极管B可形成边长为0.35mm的正方形。另外，可选择中心位置C至设置在中心位置C四周的发光二极管R1、R2、B1和B2的中心位置CR1、CR2、CB1和CB2的距离分别为约0.35mm。

尺寸和设置并不限定为以上这些，但最好是中心位置C至设置在中心位置C四周的发光二极管R1、R2、B1和B2的中心位置CR1、CR2、CB1和CB2的距离选择为小于2mm。

图4是示出光源装置的一个例子的平面图，其中图3所示的发光二极管单元1以XY阵列的形式设置(即，二维形式)。

在图4中，一般由标号2表示光源装置，其包括以XY阵列形式在水平和垂直方向上设置的图3中所示的发光二极管单元1。

根据该实施例的光源装置2的上述排列，每个发光二极管单元1包括两个红色发光二极管R1和R2，两个蓝色发光二极管单元B1和B2。用于发射各自颜色光R(红)、G(绿)和B(蓝)的发光二极管R、G和B的中心位置彼此相配，并且发射红、绿和蓝光的发光二极管R、G和B关于中心C对称设置。

因此，可在发光二极管单元1中保持光学对称，由此降低色度不均匀性和亮度不均匀性成为可能。

另外，在光源装置2中，示于图3中的发光二极管以如图4所示的XY阵列形式设置，其有可能在各发光二极管单元1中降低色度不均匀性。

由于可降低色度不均匀性，即使减小光源装置2的厚度时，也能获得良好的色度分布，并由此有可能通过减小光源装置2的厚度而使光源装置2最小化。

例如，当通过使用具有前述尺寸和排列的发光二极管单元1构建光源装置2时，在各发光二极管单元1的中心C之间的距离选择为约20mm的条件下，厚度约为20mm的光源装置可通过颜色混合提供白光。

另外，根据本实施例的光源装置2的排列，因为整个发光二极管单元1的发光效率可通过增加发光不足且发光效率低的绿色发光二极管G的芯片面积而增大，可减少光源装置2获得所需亮度的发光二极管单元1的数量，并由此有可能减少光源装置2中芯片的数量。

图3和4中所示光源装置2可适于用作照明装置、投影仪光源、彩色液晶显示器的背光装置等等。

因为具有图3和图4所示排列的光源装置2可降低色度不均匀性，并提供良好的白光源，这种光源装置2可适用于上述应用。

如图5所示，可使用具有图3和4所示的光源装置2作为背光装置来构造彩色液晶显示装置。图5是示意排列图，即，彩色液晶显示装置的分解剖视图。

在图5中，用标号100表示彩色液晶显示板，其包括透射型彩色液晶显示板10和设置在该彩色液晶显示板10后侧的背光单元40。

如图5所示，透射型液晶显示板10包括：两个透明基底(TFT(薄膜晶体管)基底11和对置电极基底12)，由合适材料例如玻璃制成，以相对方式设置；和液晶层13，其中包括TN(扭曲向列)液晶，设置在两个透明基底11和12之间。用作开关元件的薄膜晶体管(TFTs)16设置为XY阵列形式，并且像素电极17形成在TFT基底11上。

通过扫描线15顺序地选择薄膜晶体管16，并且，能够将信号线14提供的视频信号写入相应的像素电极17中。

尽管未示出，彩色滤光片19也可被分为与各个片段相对应的片段。例如，彩色滤光片19被分为三原色的红色滤光片、绿色滤光片和蓝色滤光片三个片段。

在透射型彩色液晶显示板10插入在两个偏振片31和32之间、以及透射型彩色液晶显示板10由背光单元40从后侧用白光照明的情况中，彩色液晶显示装置100通过在有源矩阵系统中驱动透射型彩色液晶显示板10而能够显示所需的全彩色图像。

背光单元40适于从后侧照明透射型彩色液晶面板10。如图5所示，背光单元40包括背光装置20，和层叠在该背光装置20的光辐射表面20a上的散射器41，该背光装置20配备有用于面发射白光的光源，该白光来自光辐射表面20a，通过混合来自光源的各种颜色的光获得。

散射器41能通过散射从光辐射表面20a发射出的光来均匀面发射中的亮度。

然后，以XY阵列形式设置发光二极管单元1构成背光装置20，每一个发光二极管单元1由图4示出的红、绿和蓝三种颜色的发光二极管R、G和B形成。

结果，因为在每个发光二极管单元1中的色度不均匀性和亮度不均匀性的降低，可抑制背光装置20影响透射型彩色液晶面板10上所显示的图像的亮度不均匀性和色度不均匀性，由此可获得良好的图像亮度和色度。

因此，有可能以良好的图像质量显示将要显示的图像。

因为当对红色发光二极管施加电压发射红色光时，由于温度升高，红色发光二极管发射的光波长必然会产生相当大的改变，所以有必要将电流限制到激励红色发光二极管所需的较低电流。

最后，认为应增大光发射面积，以便以较小的电流可获得足够的亮度。

可改变图3和图4所示的发光二极管单元1的排列，使得红色发光二极管R的芯片尺寸大于蓝色发光二极管B的尺寸，从而提供较大的发光面积。

发光二极管1中，红色发光二极管R、绿色发光二极管G和蓝色发光二极管B之间的芯片面积关系并不限于图3和4中示出的表达为G＞(R，B)的关系，并且各种关系都是有可能的。

如上所述，也可考虑表达为(G，R)＞B、G＞R＞B以及R＞G＞B的排列，其中红色发光二极管R的芯片面积大于蓝色发光二极管B。

接下来，图6示出了根据本发明第二实施例的光源装置的示意排列图(主要部分的剖视图)。

在该实施例中，通过使用锥形反射表面在基本上水平方向上改变由发光二极管R、G和B发射出的光。

如图6所示，用于发射红、绿和蓝三种颜色的发光二极管R、G和B以与图3中所示的发光二极管单元1相同的方式设置，并且具有圆锥反射面的光学元件21设置在发光二极管R、G和B的中心位置C之上，以便其顶点`向下定向，由此构建了发光二极管单元3。

通过将大量发光二极管单元3以XY阵列方式设置来构建光源装置。

在图6箭头所示的90度角的RGB颜色混合区域中，该区域分别分摊1/4的绿色发光二极管G、1/2的红色发光二极管R和1/2的蓝色发光二极管。因此，各颜色的光R、G和B可以以很平衡的方式混合，以防止发射出与图2C中所示的R、G和B主发光区域不同的具有高亮度的特殊颜色的光(即，可防止这种特殊颜色的亮度和色度的不均匀性)。

因此，在保持红、绿和蓝R、G和B各颜色的光的亮度平衡的同时可降低色度不均匀性。

根据该实施例的上述排列，发射三种颜色光的发光二极管类似于图3所示的发光二极管单元1那样排列。即，发射红、绿和蓝光的发光二极管R、G和B的中心位置彼此相配，并且发射红、绿和蓝光的发光二极管关于该中心C对称设置。

结果，在发光二极管单元3中可保持光对称性，由此降低色度不均匀性成为可能。

另外，在图6所示发光二极管单元3以XY阵列形式设置的光源装置中，在各发光二极管单元3中降低色度不均匀性是可能的。

因为，具有较低发光效率的绿色发光二极管G的芯片面积设置成大于其它颜色的发光二极管R和B的芯片面积，所以有可能提高整个发光二极管单元3的发光效率。因此，由于光源装置获得理想亮度所需的发光二极管单元3的数量减小，减少光源装置中芯片的数量成为可能。

另外，因为具有圆锥反射面的的光学元件21设置在发射红、绿和蓝光的发射二极管R、G和B中心位置C的上方，R、G和B各颜色可以以很平衡的方式混合，并且可保持R、G和B各颜色的亮度平衡。从这个观点来看，降低色度不均匀性成为可能。

还有，因为可降低色度不均匀性，即使当光源装置的厚度降低时，也能获得良好的色度，并由此可通过减小光源装置的厚度使光源装置最小化。

另外，发射光的行进方向可从基本上垂直于基底的方向改变为近似平行于基底的基本水平的方向，并且可由光学元件21的锥形反射表面辐射，从这方面来看，通过减小光源装置的厚度使光源装置最小化成为可能。

虽然在图6所示实施例中，绿色发光二极管G的芯片面积大于发射红光和蓝光的发光二极管R和B的芯片面积，并且用于发射红和蓝光的两种发光二极管R和B每个都构建成发光二极管单元3时，但本发明并不局限于此，并且芯片面积和芯片数量可以有多种变化。

理想地，对于与其它颜色的光相比具有低发光效率且需要高亮度的颜色光应增大其芯片面积并增加其芯片数量。因此，因为可增大整个发光二极管单元的发光效率，可减少光源装置所必需的发光二极管单元的数量，由此可降低光源装置的成本。

根据本发明实施例，其中图6中所示的多个发光二极管单元3以XY矩阵形式设置的光源装置适用于照明光源、投影仪光源、和彩色液晶显示器的背光装置等。

因为光源装置可降低色度不均匀性，并成为良好的白光光源，这种光源装置适用于上述装置。

根据该实施例的光源装置可用于图5所示的彩色液晶装置100的背光装置20。

因为该实施例的光源装置使用了具有锥形反射表面的光学元件21，因此可减小光源装置的厚度，当该光源装置用于图5所示的彩色液晶显示装置100时，有可能减小正对型背光装置20的厚度。

接下来，图7示出了根据本发明第三实施例的光源装置的示意排列图(主要部分的平面图)。

如图7所示，两个红色发光二极管R、两个绿色发光二极管G和一个蓝色发光二极管B以这样的方式设置，即，各种颜色的R、G和B的中心位置彼此一致，并且它们关于中心位置对称。

另外，尽管没有示出，与图6示出的实施例相同，具有锥形反射表面的光学元件设置在发光二极管R、G和B的中心位置上方，由此构建一个发光二极管单元4。

在该实施例中，如图7所示，增大红色发光二极管R和绿色发光二极管G的芯片面积，而中间的蓝色发光二极管B的芯片面积有相当大的降低。

在该情况中，因为通过具有锥形反射表面的光学元件的反射表面在90度角度范围的RGB颜色混合区域中可混合三种颜色的光，可保持各种颜色R、G和B的亮度平衡，并且有可能降低色度的不均匀性。

因为选择的红色发光二极管R的芯片面积比较大，即使通过较小的电流也能获得足够高的亮度。这样，在限制激励红色发光二极管R的电流大小的同时，当红色发光二极管R受到激励发射红光时，由于红色发光二极管R的温度升高而改变的红光的波长的数量有可能减少。

根据本发明该实施例的光源装置，其中如图6所示多个发光二极管单元3以XY阵列形式设置，其适用于照明光源、投影仪光源、彩色液晶显示装置的背光装置等等。

因为该光源装置能够降低色度不均匀性并成为良好的白光光源，该光源适用于上述装置的应用。

根据本实施例的光源装置可用于图5所示的彩色液晶显示装置100的背光装置20。

将参照图8和9描述图7所示的实施例的变型例。

在图8所示的变型例中，增大绿色发光二极管G的芯片面积，并选择红色发光二极管R的芯片的面积与蓝色发光二极管B的相同，由此构建了发光二极管单元5。在这种情况中，由于只增大了绿色发光二极管G的芯片面积，因此认为可获得与图6中所示实施例相同的作用。

在图9所示的变型例中，增大了绿色发光二极管G和红色发光二极管R的芯片面积，它们相对于位于中心位置的蓝色发光二极管B倾斜设置，由此构建了发光二极管单元6。在这种情况中，图9所示的变型例与图7所示排列具有相同的作用并获得相同的效果，其区别仅在于四个RGB彩色混合区域的边界变为倾斜方向。

有可能通过利用类似于图3的图8和9所示的变型例的三种颜色的发光二极管R、G和B的排列构建没有圆锥反射材料的发光二极管单元。

在这种情况中，在通过增大的芯片面积而提供的光的颜色中，可获得通过增大的芯片面积而获得的作用和效果。

接下来，图10是根据本发明第四实施例光源装置的示意排列图(主要部分的平面图)。在该实施例中，在驱动具有良好发光效率的各颜色的发光二极管的同时，为了获得理想的白光色度，增加芯片的数量而不改变各颜色发光二极管的芯片面积，以便保持RGB颜色混合区域中各颜色光的亮度平衡，从而降低色度不均匀性。

如图10所示，两个红色发光二极管R、四个绿色发光二极管G和两个蓝色发光二极管B以这样的方式设置，即，发射光的各颜色R、G和B的中心位置C彼此相配，并且这些发光二极管R、G和B关于该中心位置C对称设置。

尽管没有示出，类似于图6所示的实施例，具有锥形反射表面的光学元件设置在各发光二极管R、G和B的中心位置之上，由此构建了发光二极管单元7。

在该实施例中，各发光二极管R、G和B的芯片面积被选择为相同。

另外，选择绿色发光二极管G的数量是其它发光二极管R和B数量的两倍。在图10箭头所示每个90度角RGB颜色混合区域中，分别分摊1倍的绿色发光二极管G、1/2的红色发光二极管R和1/2的蓝色发光二极管B。这样，绿色发光二极管G的面积是其它颜色的发光二极管R和B的两倍大。因此，各种颜色R、G和B的光可以以很好的平衡方式混合，以便其在保持各颜色R、G和B的亮度平衡的同时，降低色度不均匀性成为可能。

另外，在该实施例中，虽然各种颜色光的发光二极管R、G和B彼此相配，但在中心位置C根本不设有发光二极管。

如上所述，因为锥形反射表面的中心轴所在中心位置C上没有发光二极管，与锥形反射表面的中心轴的位置上设有发光二极管相比，可减小各红、绿和蓝光的发光二极管R、G和B的相对位置和锥形反射表面的相对位置之间的差异，并且用于发射红、绿和蓝光的发光二极管R、G和B发射的光经锥形反射表面反射之后，可获得彼此大致相配的辐射角度。

因此，有可能更有效地降低色度不均匀性。

根据本发明实施例的光源装置，其中示于图10中的多个发光二极管单元7以XY阵列的形式设置，其适用于照明光源、投影仪光源、彩色液晶显示装置的背光装置等。

因为该光源装置可降低色度不均匀性并成为良好的白光光源，该光源装置适用于上述装置。

根据本实施例的光源装置可用于图5所示的彩色液晶显示器100的背光装置20。

图11A、11B和11C示出了图10所示实施例的变型例，其中，增大了绿色发光二极管G的芯片面积，使其变得大于其它颜色，即红色和蓝色的发光二极管R和B的芯片面积。示于图11A、11B和11C中的任一变型例与示于图10中的实施例的共同点在于，在发射红、绿和蓝光的发光二极管R、G和B的中心位置C上不设有发光二极管。

在图11A、11B和11C示出的变型例中，尽管没有示出，与图6中所示实施例相同，具有锥形反射表面的光学元件设置在发光二极管R、G和B的中心位置C的上方，由此构建发光二极管单元。

图11A示出了变型例，其中提供四个红色发光二极管R和两个绿色发光二极管G，并且红色和绿色发光二极管R和G的位置取代了示于图10中的位置，由此增大了绿色发光二极管G的芯片面积。在整个发光二极管单元和90角的RGB颜色混合区域中，红色、绿色和蓝色发光二极管R、G和B的芯片区域可满足表示为G＞R＞B的关系。

图11B示出了变型例，其中提供四个红色发光二极管R、四个蓝色发光二极管B和两个绿色发光二极管G，并且红色和绿色发光二极管R和G的位置与图11A中所示的位置有一点变化，由此增大了绿色发光二极管G的面积。在这种情况中，红色发光二极管R和蓝色发光二极管B的数量和芯片面积被选择为相同，并且在整个发光二极管单元和90度角的RGB颜色混合区域中，红色、绿色和蓝色发光二极管R、G和B的芯片区域可满足表示为G＞(R，B)的关系。

图11C示出了变型例，其中分别用于发射红、绿和蓝光各颜色的发光二极管R、G和B的数量被选择为相同，并与图10中所示各红色、绿色和蓝色发光二极管R、G和B的位置关系有一点变化，从而增大了绿色发光二极管G的芯片面积。在90度角的RGB颜色混合区域中，绿色发光二极管G的芯片面积和其它颜色，即红色和蓝色的发光二极管R和B的芯片面积之间的差异大于图10所示的情况。

接下来，图12示出了图10所示实施例的变型例，其中各红色、绿色和蓝色发光二极管R、G和B设置在离中心位置C等距的位置上。

在图12所示的排列中，发射红色、绿色和蓝色光的发光二极管R、G和B设置在离中心位置C等距的位置上。

与图6中所示实施例类似，具有锥形反射表面的光学元件21也位于用于发射红色、绿色和蓝色光的发光二极管R、G和B的中心位置C之上。

因为发射红色、绿色和蓝色光的发光二极管R、G和B设置在与中心位置C等距的位置上，发光二极管R、G和B关于光学元件21的锥形反射表面的相对位置彼此相等，并因此更有效地降低色度不均匀性成为可能。

图13A是沿图12中箭头S和S所示虚线的截面图，图13B是沿图12中箭头T和T所示虚线的截面图，且13C是沿图12中箭头U和U所示虚线的截面图。如图13A、13B和13C所示，应理解的是，从用于发射红、绿和蓝光的发光二极管R、G和B发射出的光基本上由光学元件21的锥形反射表面进行相同的反射。

图14还示出了图11A所示实施例的另一变型例，其中各红、绿和蓝发光二极管R、G和B设置在与中心位置C等距的位置上。在这种情况中，尽管未示出，类似于图6所示的实施例，具有锥形反射表面的光学元件设置在红色、绿色和蓝色发光二极管R、G和B中心位置的上方。

在这种情况中，与图11A所示的实施例类似，可获得绿色发光二极管G的芯片面积增大时获得的作用和效果。同时，因为红色、绿色和蓝色的发光二极管R、G和B设置在与中心位置C等距的位置上，红色、绿色和蓝色发光二极管R、G和B相对于光学元件的锥形反射表面的相对位置变得彼此相等，变得有可能更有效地降低色度不均匀性。

接下来，发射各自颜色光的发光二极管的排列将不会产生问题，除非它们不与光学元件的锥形反射表面组合，但是如果它们与光学元件的锥形反射表面组合，将不是优选的，下文将其作为本发明的比较例的排列进行描述。

图15示出了一种排列，其中提供一个红色发光二极管、一个蓝色发光二极管和四个绿色发光二极管G，并且没有发光二极管设置在整个排列的中心位置。

绿色发光二极管G的中心位置与整个排列的中心位置相配。一方面，红色发光二极管设置在该中心位置的上侧，蓝色发光二极管设置在该中心位置的下侧，并且各颜色的中心位置不与整个排列的中心位置相配。

根据图15示出的排列，当该排列不与光学元件的锥形反射表面组合时，红、绿和蓝色的混合是可能的。然而，当该排列与光学元件的锥形反射表面组合时，不能有效地实现红、绿和蓝色的颜色混合，这不是优选的。

更具体地说，由蓝色发光二极管B发射的光被光学元件的锥形反射表面中断，并且发射的光难于在图15的上侧辐射。在类似的方式中，由红色发光二极管R发射的光被光学元件的锥形反射表面中断，并且所发射的光难于在图15的下侧辐射。结果，降低了被锥形反射表面阻挡的发射光的亮度，并且失去了颜色混合的平衡，以致于易于出现色度不均匀性。

在图17所示的排列中，选择这三种颜色的发光二极管R、G和B的芯片面积相同。另外，各发光二极管R、G和B以等角度间隔与整个排列的中心位置等距离设置。

在这种排列中，如图16中的箭头所示，RGB颜色混合区域可具有120度的角度范围。

根据图16中示出的排列，除非这种排列与光学元件的锥形反射表面相结合，颜色的混合是可能的。另一方面，如果上述排列与光学元件的锥形反射表面相组合，可能不会产生足够的颜色组合，这不是优选的。

更具体地说，因为红、绿和蓝三种颜色的发光二极管R、G和B完全相同的设置，在三种RGB混合区域中，在120度角的RGB颜色混合区域中发射红(R)、绿(G)和蓝(B)各颜色的芯片面积的比例在三个RGB颜色混合区域中不同，在RGB颜色混合区域的右上侧，发射蓝光B的芯片面积的比例大于其它颜色光的。在RGB颜色混合区域的左上侧，发射蓝光B的芯片面积的比例大于其它颜色光的。在RGB混合区域的下侧，发射红光R的芯片面积的比例大于其它颜色的发射光的芯片面积的比例。

由于这个原因，如果用相等的驱动电流驱动发射各种颜色光的发光二极管R、G和B中的两个，那么每个RGB颜色混合区域的亮度平衡不同，以致于增大了从具有较大比例的芯片面积的发光二极管发射出的光的亮度。因此，难于实现颜色混合。

在图16示出的排列中，为了使RGB颜色混合区域中发出的各颜色R、G和B的光的亮度平衡变得相等，应使发射同一颜色光的两个发光二极管的驱动电流不同，这样会使驱动电流变得复杂。

图17是示出根据本发明第五实施例的光源装置的主要部分的平面示意图，其中可解决示于图17中上述排列的问题。

在图17所示的排列中，为了使发射同一颜色光的两个发光二极管的驱动电流彼此相等，使发射同一颜色光的两个发光二极管的芯片面积不同，以便R、G和B颜色的各发射光的芯片面积的比例在三个RGB颜色混合区域中基本相等。具体来说，选择发射同一颜色光的两个发光二极管的芯片面积的比例约为2∶1。

虽然未示出，与图6中所示实施例相似，具有锥形反射表面的光学元件也设置在发光二极管R、G和B的中心位置之上。

根据本实施例的上述排列，因为发射同一颜色光的两个发光二极管的芯片面积彼此不同，使得在三个RGB颜色混合区域中，颜色R、G和B各光的芯片面积的比例变得基本上彼此相等，即使选择各发光二极管的驱动电流相同，也有可能在RGB颜色混合区域中使颜色R、G和B的各发射光的亮度平衡变得彼此相等。

因此，即使当各发光二极管的驱动电流相同时，也有可能通过简单地混合颜色R、G和B的各发射光获得不存在色度不均匀的白光。因此，不需要复杂的驱动电流。

根据本发明实施例的光源装置，其中以XY阵列形式设置的图17所示的多个发光二极管单元适用于照明光源、投影仪光源、彩色液晶显示装置的背光装置等。

因为该光源装置成为良好的白光光源，这种光源适用于上述装置。

根据本发明实施例的光源装置可用于图5所示的彩色液晶显示装置100的背光装置20。

当根据本发明各实施例的上述光源装置用于彩色液晶显示装置等的背光装置等时，其方向已改变成基本为水平方向(基本上平行于基底的方向)的光还应通过例如散射器和亮度增加膜等的适当器件在适当位置再次改变为显示板存在的方向，即，基本上垂直于基底的方向。

在本发明的各实施例中，虽然用于发射三种颜色光的发光二极管R、G和B构建成光源装置，但构建白光光源的各颜色光的数量不局限于三种，并且至少多于两种颜色的光可构建本发明实施例中的白光光源。

然而，当根据本发明实施例的光源装置用于彩色液晶显示器的背光装置时，光源装置应包括多于R、G和B三种颜色的发光二极管。

根据本发明实施例，例如，还有可能使用发射除红R、绿G和蓝B以外的颜色光的发光二极管。发射其它颜色的发光二极管可与发射R、G和B三种颜色的发光二极管相组合。

另外，各颜色光的发光二极管芯片的数量和芯片面积的比例可相应于各颜色光的发光二极管的光发射特性、所需的照明亮度和白光色度作不同的改变。

另外，用于从基本垂直于基底的方向改变由发光二极管发射光的方向的光学组件也不局限于具有基本为锥形反射表面的光学元件21，并且可自由改变。

反射表面的形状并不局限于为大致圆锥形状，并且本发明可使用例如球形表面、椭球形表面、圆柱表面和凹表面的各种形状。

还有可能使用这样一种光学组件来代替具有反射表面的组件，使得来自发光器件的光衍射而使衍射光从基本垂直于基底的方向改变为基本水平方向。例如，诸如凹透镜、凸透镜和菲涅尔透镜的各种形状的光学组件可用于本发明。

本发明也不局限于为了将光源装置用作正对型背光装置和照明装置，通过以XY阵列形式排列发光二极管单元构建光源装置的情况，并且光源装置可仅通过发光二极管单元形成的唯一一个白光LED组件构建，其中该发光二极管单元中设置有各种颜色的发光二极管。

虽然在本发明的上述各实施例中将发光二极管(LED)用作发光装置，但本发明并不局限于此，并且可通过使用其它发光器件也能构建光源装置。例如，有可能使用半导体激光器等作为发光器件。

有可能通过使用发射多种颜色光的发光器件，构建与本发明上述实施例的发光二极管单元相等效的发光器件组。

根据本发明的显示装置，也不局限于图5所示的彩色液晶显示装置，并且可使用除了显示部分由液晶显示板以外的其它部分和元件形成的排列的其它排列，只要显示装置包括用于显示图像(包括仅具有字符的图像)的显示部分和背光。

除了例如使来自背光光源的光通过的液晶显示装置的排列之外，本发明还适用于显示部分自发光的显示器，只要显示装置的显示部分使用背光源作为辅助光源增加亮度。

本发明并不局限于上述实施例，并且可在不脱离本发明要点的情况下作出各种排列。

本领域的技术人员应当理解，在所附权利要求及其等价物的范围内，可根据设计条件和其它因素作出各种变型、组合、部分组合以及替换。

本发明包含于2005年7月1日在日本专利局申请的日本专利申请JP2005-194220所涉及的主题，并在此引入其全文作为参考。

Claims (3)

1.一种光源装置，包括：

多个发光器件组，每个所述发光器件组包括两个发射红光的发光器件、两个发射绿光的发光器件和一个发射蓝光的发光器件，其中不同颜色的发光器件的中心位置彼此大致相配，所述发射蓝光的发光器件设置在大致相配的中心位置，所述发射红光的发光器件和所述发射绿光的发光器件相对于所述大致相配的中心位置对称地设置，并且，所述发射蓝光的发光器件具有比所述发射红光的发光器件和所述发射绿光的发光器件小的面积。

2.一种显示装置，包括：

一显示部分；以及

如权利要求1所述的光源装置，用于从后侧照明所述显示部分。

3.根据权利要求2的显示装置，其中所述显示部分是彩色液晶显示板。

Images