JP2008153057A - 光源ユニット、バックライトユニット及び表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】色むらが低減された白色光を得ることができる光源ユニット、これを備えたバックライトユニット及び表示装置を提供することである。
【解決手段】光源ユニットは、放射スペクトルの最大波長が異なる複数のＬＥＤ（２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂ）と、前記複数のＬＥＤ（２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂ）の光を入射面（２１ａ）から入射して混色させて出射面（２１ｂ）から出射させる光混色部材（２１）とを備えた光源ユニット（２０）であって、前記光混色部材（２１）は、前記複数のＬＥＤ（２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂ）からの入射光を特定方向へ広角的に広げて混色を施す異方性拡散手段（２２）が設けられていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＬＥＤ光源の複数の異なる発光色を混色する光源ユニット、及びその光源ユニットを備えたバックライトユニット及び表示装置に関する。

薄型の表示装置として液晶ディスプレイがあり、携帯電話やデジタルカメラなどの小型携帯機器、プロジェクタ、ノートパソコンや液晶モニタなどの中大型画像及び映像表示機器に広く普及している。これらの表示装置は、光源として、冷陰極蛍光管や白色の発光ダイオード（以下、ＬＥＤという。）が使用されている。特に、近年のＬＥＤの発光効率は向上しているため、ＬＥＤ光源の適用範囲は急速に拡大しており、例えば、従来白色ＬＥＤや冷陰極蛍光管を光源として使用してきた製品にも、赤色(Ｒ)、緑色(Ｇ)、青色(Ｂ)を発光するＬＥＤを液晶ディスプレイ用バックライト光源として使用し、色再現範囲を拡大させた表示機器が開発されている。

このような表示機器のバックライトは、赤色(Ｒ)、緑色(Ｇ)、青色(Ｂ)を発光するＬＥＤから発光された光を導光板内で混色させて白色光にして、導光板の出射面から出射させている。
特許文献１には、導光板に光を供給する照明手段である光源１は、発光色が互いに異なる複数の線状光源３Ｒ、３Ｇ、３Ｂを実装基板２に実装したものであり、この線状光源３Ｒ、３Ｇ、３Ｂは、導光板の入射面に各線状光源の長手方向を導光板の出射面と平行にして、導光板の出射面の法線方向に配置されていることが記載されている。
線状光源３Ｒには複数の赤色のＬＥＤ（３ｒ）、線状光源３Ｇには複数の緑色のＬＥＤ（３ｇ）、線状光源３Ｂには複数の青色のＬＥＤ（３ｂ）が実装されている。各線状光源３Ｒ、３Ｇ、３Ｂに設けられたＬＥＤの実装個数は、各線状光源から出射される光が均一になるように設定されている。
特許文献１によれば、光源１を導光板の入射面に近接して配置し、導光板の出射面と対向する下面に散乱反射パターンを設けられていることから、光源１から入射した光は散乱反射パターンによって散乱されて導光板の出射面から出射することから、導光板の出射面から色むらのない良好な白色光が出射できるとされている。

特許公開２００５−１８３１２４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術のように、光源１を、各線状光源の長手方向を導光板の出射面と平行にして、導光板の出射面の法線方向に配置して構成しても、入射した光は、導光板内を反射等しながら伝播する際に、散乱パターンによって散乱されて混色して白色光を得ているため、入射面付近では拡散度合いが低く、入射面付近では色むらが発生してしまうという問題がある。
また、一般に、ＬＥＤは発光面の正面方向の発光強度が最も強く、正面からの角度がずれて行くにしたがって発光強度は弱くなるという特性を持っている。このため、各線状光源３Ｒ、３Ｇ、３Ｂにおいても、発光面の正面光度は発光素子が実装されている付近が最も強く、発光素子から離れるにつれて弱くなり、正面光度が発光面全域で均一になるよう設定することは困難であると考えられる。つまり、ＬＥＤ３ｒ、３ｇ、３ｂの実装位置は、強度の強い正面方向の光が、適正に混色できる態様になっておらず、入射面付近では色むらが発生するおそれがあり、また、白色光が出射されている出射面の領域においても、斜め方向から見た場合に色むらが視認されるという問題がある。これは、バックライト出射面方向から見た各ＬＥＤ３ｒ、３ｇ、３ｂの指向特性の不一致が色むらの主要因であると考えられる。

本発明は、色むらが低減された白色光を得ることができる光源ユニット、これを備えたバックライトユニット及び表示装置を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するため、本発明の光源ユニットは、放射スペクトルの最大波長が異なる複数のＬＥＤと、前記複数のＬＥＤの光を入射面から入射して混色させて出射面から出射させる光混色部材とを備えた光源ユニットであって、前記光混色部材は、前記複数のＬＥＤからの入射光を特定方向へ広角的に広げて混色を施す異方性拡散手段が設けられていることを特徴とする。
これによれば、複数のＬＥＤからの発光色の異なる光は光混色部材の異方性拡散手段によって特定方向へ広角的に拡散されることにより混色が施され、各色の発光強度のバランスが取れた状態で出射面から出射されるため、色むらが低減された白色光を得ることができる。

前記入射面と前記出射面に挟まれた一対の対向した側面は高さと幅とを有し、前記一対の対向した側面に挟まれた距離を前記光混色部材の長さ、前記側面の高さを前記光混色部材の厚み、前記側面の幅を前記光混色部材の幅とすると、前記異方性拡散手段は、前記入射面から入射した前記複数のＬＥＤの光を、前記光混色部材の厚み方向又は前記光混色部材の幅方向、あるいは、前記光混色部材の厚み方向と前記光混色部材の幅方向に向かって拡散させることを特徴とする。
これによれば、本発明の異方性拡散手段は、複数のＬＥＤの光を、特定方向である、前記光混色部材の厚み方向又は前記光混色部材の幅方向、あるいは、前記光混色部材の厚み方向と前記光混色部材の幅方向に向かって拡散される。このため、複数のＬＥＤの光は出射面に至る間に十分に混色され、色むらが低減された白色光を得ることができる。

一般に、ＬＥＤは、正面から５０°程度の角度の範囲内に光強度の９０％近くを占める指向特性を持つ。このように、指向特性を持った複数のＬＥＤの光をより良い方法で混色させるために、本発明においては、複数のＬＥＤは、各ＬＥＤの発光面中心を同一の平面上に配置され、該平面は、前記光混色部材の出射面と略垂直で、前記光混色部材の厚み方向と略平行であることを特徴とする。
ここで、光混色部材と同一の平面上に配置される複数のＬＥＤとの配置関係の一例として、光混色部材は光混色部材の長さ方向と幅方向が水平面に対して平行で、光混色部材の高さ方向が鉛直方向になるよう設置し、複数のＬＥＤは発光面中心が鉛直線上に積み重なるように配置した場合を想定する。
複数のＬＥＤは、光混色部材の側面方向から見ると鉛直線上に積まれて配置された複数のＬＥＤとして見えるが、光混色部材の上下方向から見ると重なって配置されているため１つのＬＥＤに見える。

光混色部材の側面方向から見たＬＥＤの指向特性は、各ＬＥＤの発光面中心が鉛直線上の異なる位置にあるが、異方性拡散手段によって鉛直方向に広がるように拡散されて光混色部材内を導波していくため、異なる配置位置を無視できるようになる。
一方、光混色部材の上下方向から見たＬＥＤの指向特性は、配置位置が重なっており指向特性も重なった同一特性に見えるため、各光は重なり合った状態で光混色部材内を導波していくこととなる。このため、放射スペクトルの最大波長が異なる各ＬＥＤは、光混色部材との所定の配置関係を満たす同一の平面上に発光面中心を配置することによって、混色作用に影響を及ぼす各方向の実装位置を無視することができる一つのＬＥＤとみなすことができる。
したがって、各色の光の強度がよりバランスの取れた状態となり、同等の指向特性を持った状態で出射面から出射されることから、より色むらが低減された白色光を得ることができる。

前記異方性拡散手段は、少なくとも前記入射面に設けていることを特徴とする。これによれば、各ＬＥＤの光は、光混色部材に入射したと同時に異方性拡散手段による拡散が起こるため、より色むらが低減された白色光を得ることができる。

前記異方性拡散手段は、略平行に設けた複数の筋状の凸部又は凹部からなり、該筋状の凸部又は凹部は前記光混色部材の長さ方向軸と略平行に設けていることを特徴とする。
これによれば、ＬＥＤの発光色の異なる光は、光混色部材の厚み方向や幅方向に広角的に拡散するため、光混色部材から出射される光は色むらが低減された白色光となる。

また、該筋状の凸部又は凹部は前記光混色部材の長さ方向軸と傾斜を持って設けていること、又は該筋状の凸部又は凹部は前記光混色部材の長さ方向軸と傾斜を持った２種類の異方性拡散手段を交差して設けていることを特徴とする。
これによれば、光混色部材の厚み方向や幅方向のみならず長さ方向にも拡散させることができる。Ｒ、Ｇ、ＢのＬＥＤを１組にして、このＲ、Ｇ、ＢのＬＥＤを複数組並べて光源ユニットを構成した場合に、相隣り合う組のＬＥＤの光との混色が促進され、より色むらが低減された白色光を得ることができる。

前記筋状の異方性拡散手段は、連続線状又は不連続線状に設けていることを特徴とする。異方性拡散を連続線状に設けることにより、異方性拡散手段の面に入射する光は全て規則性を持って拡散する。また、異方性拡散手段を不連続線状に設けると異方性拡散手段が有る部分と無い部分とで構成されるので、異方性拡散手段の無い部分では拡散のない直進光も現れてくる。したがって、混色度合いの調整などにも利用できる。さらに、異方性拡散手段の無い部分を利用して、長さ方向の拡散も生み出すことができる。

前記異方性拡散手段の凸部又は凹部は略半円形状又は三角形状をなすことを特徴とする。ここでの略半円形状は円形や楕円形などの曲面形状持ったものとして定義するものである。略半円形状の曲面は光の入射位置が異なると入射角も異なってくる。これにより、屈折角も異なり拡散方向も異なってくる。したがって、光を広範囲に拡散させることができ、色むらが低減された白色光を得ることができる。同様に、三角形状の場合にも、光を広範囲に拡散させることができ、色むらが低減された白色光を得ることができる。
特に、略半円形状や三角形状は形状が比較的シンプルであることから、光混色部材を射出成形で形成する場合における金型の製作が容易で、成形性も高めることができる。

前記異方性拡散手段は、光の拡散領域を調整することを特徴とする。この拡散領域の調整は、例えば、異方性拡散手段の形状が略半円形状のものは、曲面の曲率半径を変えることによって行うことができる。また、三角形状のものは、頂角の異なる三角形状を混在させることによって行うことができる。このように光の拡散領域を調整できるようになれば、光混色部材の出射面からの出射光量や混色度合いの調整ができる。また、光混色部材の大きさ等にかかわらず、また、光混色部材の形状に合わせた混色ができ、色むらが低減された白色光を得ることができる。

前記光混色部材は略直方体であることを特徴とする。略立方体の形状は部分的に傾斜面を持った形状のものも含まれるものである。この略直方体は、シンプルな形状であり、金型の製作、及び成型が容易であることから、光混色部材の生産性が向上する。

前記光混色部材の外周部にあって、少なくとも前記出射面を除く部分の外周部に反射部材を設けたことを特徴とする。光混色部材の出射面以外の面から出射される出射光は反射部材で反射されて再び光混色部材内に戻される。光の損失は少なくなり利用効率が高められる。また、光が混色部材から出射する際、並びに反射されて光混色部材内に入射する際に屈折が起こるため、光混色部材内での拡散を促進させることができる。また、光の損失を低減できる。

前記放射スペクトルの最大波長が異なる複数のＬＥＤは、それぞれ赤色と緑色と青色領域の放射スペクトルが最大波長となっていることを特徴とする。赤色、緑色、青色のＬＥＤを同時に発光させると、光の混色により白色が得られ、特に、白色発光のＬＥＤや冷陰極蛍光管の光源では実現困難であった濃い赤色や濃い緑色の色調が得られ、表示装置の色再現範囲の拡大が得られる。

前記放射スペクトルの最大波長が異なる複数のＬＥＤの１つに青色発光素子に蛍光体を被覆した白色系ＬＥＤを用いたことを特徴とする。この白色系ＬＥＤと赤色のＬＥＤを組み合わせた場合には２種類のＬＥＤで表示装置の色再現範囲の拡大効果を得る。

本発明のバックライトユニットは、少なくとも導光板と光源とを有して、前記光源の光を前記導光板の入射面で採光し、前記導光板の出射面から前記導光板内の光を出射するエッジライトタイプのバックライトユニットにおいて、前記光源からの光を採光する前記導光板の入射面の近傍に上記の光源ユニットを配置したことを特徴とする。
これによれば、色むらが低減された白色光が導光板に入射するので、導光板の出射面からは均一に混色された白色光を出射させることができる。特に、導光板の入射面付近の出射面に生じる色むらが発生しないので、導光板の出射面全体を表示装置の画像表示領域として用いることができる。さらに、光混色部材から光が出射される際、及び導光板に光が入射される際に、それぞれ屈折が生じるため、導光板内で光の拡散が促進され、より色むらが低減された白色光を導光板の出射面から出射させることができる。

この導光板の入射面には、前記導光板の出射面と略平行であって前記導光板の光導波方向軸と略直交をなす方向を長さ方向とすると、前記光源ユニットからの入射光を前記導光板の長さ方向に向かって光を拡散させる凸部又は凹部を筋状に、複数設けていることを特徴とする。
これによれば、光源ユニットからの入射光を導光板の長さ方向にも拡散させることができる。赤色、緑色、青色のＬＥＤを１組にして、複数組並べて光源ユニットを構成する場合には、凸部又は凹部による導光板の長さ方向の拡散によって相隣り合う組の光の混色が起こり、色むらが低減された白色光を得ることができる。
また、ＬＥＤの隣り合う組の間隔を広げることが可能になり、ＬＥＤの使用個数を減らすことができ、コストダウン効果も生む。

一方、本発明のバックライトユニットは、少なくとも導光板と光源とを有し、前記光源の光を前記導光板の入射面で採光して前記導光板の出射面から前記導光板内の光を出射するエッジライトタイプのバックライトユニットにおいて、前記光源からの光を採光する前記導光板の入射面と上記の光源ユニットの出射面を密着させることもできる。
導光板の入射面と光源ユニットの出射面を密着させることにより、光源ユニットからの出射光は短い距離で空気層を介さず導光板へ入射されるため損失が少なく導光板の入射面からより多く採光できるようになり、光混色部材から出射された各色のバランスの取れた白色光をそのまま導光板に入射させることができ、色むらが低減された白色光を導光板の出射面から出射させることができる。
また、密着させることにより、バックライトユニットの光利用効率が向上し、より明るいバックライトユニットを実現することができる。

前記導光板の入射面と前記光源ユニットの出射面を密着して配置した場合において、前記光源ユニットの光混色部材を形成する材質の屈折率が、前記導光板を形成する材質の屈折率よりも小さいことが好ましい。
これによれば、光源からの出射光は屈折率の低い物質から屈折率の高い物質へ向かって導波していくため、物質間の境界面で臨界角による影響を受けなくなり、各色の成分のバランスが取れた白色光を導光板内へ入射させることができる。また、光源ユニットからは導光板の入射面へ向かうあらゆる方向の光が出射され、導光板の入射面から入射する光量が増加し、より明るいバックライトユニットを実現することができる。

また、本発明の表示装置は、液晶表示パネルの背面側に上記のバックライトユニットを備えたことを特徴とする。これによれば、色むらの視認されない、色再現範囲が広められた表示装置を得ることができる。また、バックライトユニットの薄型化も可能であることから表示装置自体もそれに合わせて薄型にできる。

上記のとおり、異方性拡散手段が設けられた光混色部材によって放射スペクトルの最大波長が異なる複数のＬＥＤから出射される光を特定方向に拡散させているから、混色を促進させることができ、色むらが低減された白色光を得ることができる。
特に、本発明においては、各ＬＥＤの発光面中心を同一の平面上に配置させ、この平面は、前記出射面と略垂直で、前記光混色部材の厚み方向と略平行になっているため、各ＬＥＤの発光強度の強い発光面中心の出射光同士を拡散でき、より色むらが低減された白色光を得ることができる。
したがって、本発明によれば、色むらが低減された白色光を得ることができる光源ユニット、これを備えたバックライトユニット及び表示装置を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以降、実施形態という）について図１〜図９を用いながら説明する。図１は本発明の実施形態に係る光源ユニットの斜視図である。図２は図１における矢印Ｇ方向から見た側面図である。図３は図１における矢印Ｈ方向から見た光源ユニットの光混色部材の側面図である。なお、以下の説明で、略垂直、略平行とのように、略と表したのは、使用される部材形状は直方体だけでなく一部に傾斜面を有した形状なども含めて想定しており、また、加工精度誤差なども含んだものとして説明するためである。

図１、２に示すとおり、本実施形態の光源ユニット２０は、放射スペクトルの最大波長が異なる複数のＬＥＤを備えたＬＥＤ２５と、複数のＬＥＤ２５の光を入射面２１ａから入射して混色させて出射面２１ｂから出射させる光混色部材２１とを備えている。本実施形態の光混色部材２１は、略直方体の形状となっており、入射面２１ａと出射面２１ｂは、対向させて設けられている。入射面２１ａと出射面２１ｂに挟まれた一対の対向した面を高さと幅を有する側面２１e、２１fとし、残りの面を上面２１ｃ、下面２１ｄとしている。なお、本実施形態の光混色部材２１は、アクリルやポリカーボネイトなどの透明樹脂を用いて形成されている。また、実装基板２４に実装されている本実施形態のＬＥＤ２５は、図１において楕円で囲まれているとおり、ＲのＬＥＤ（２５Ｒ）とＧのＬＥＤ（２５Ｇ）とＢのＬＥＤ（２５Ｂ）を１組とし、２組のＬＥＤ（Ａ１、Ａ２）が設けられている。

ここで、図１、図２に矢印で示されている、光混色部材の長さ方向（ｌ）、光混色部材の厚み方向（ｔ）、光混色部材の幅方向（ｗ）について定義する。
光混色部材の長さ方向（ｌ）は、一対の対向した側面２１e、２１fに挟まれた距離の方向、つまり、上面２１ｃ、あるいは下面２１ｄの長手方向のことをいう。光混色部材の厚み方向（ｔ）は、側面２１ｅ、あるいは側面２１ｆの高さ、つまり、上面２１ｃと下面２１ｄに挟まれた距離の方向をいう。光混色部材の幅方向（ｗ）は、側面２１ｅ、あるいは側面２１ｆの幅、つまり、入射面２１ａと出射面２１ｂに挟まれた距離の方向をいう。

入射面２１ａには、複数のＬＥＤ（２５Ｒ、２５Ｇ、２５Ｂ）からの入射光を特定方向へ広角的に広げて混色を施す異方性拡散手段２２が形成されている。特定方向とは、光混色部材の厚み方向（ｔ）又は光混色部材の幅方向（ｗ）、あるいは、光混色部材の厚み方向（ｔ）と光混色部材の幅方向（w）のことである。特定方向へ光を拡散させるため、図３に示すとおり、異方性拡散手段２２は、入射面２１ａに、ＬＥＤ発光面の面積に対して充分に微細な複数の筋状の凹部２２ａが略平行に配列するとともに、光混色部材の長さ方向（ｌ）と略平行に形成されている。

また、本実施形態では、凹部２２ａの形状は、略半円形である。半円形や半楕円形などのなだらかな曲面形状のものが最も好ましい効果を得られるが、これらの形状を含めて略半円形状と定義付けしている。本実施形態においては、異方性拡散手段２２を半円形の凹部で形成したが、異方性拡散手段２２は光の屈折によって広角的に拡散作用を生む凸部や凹部の形状が選ばれる。例えば、略半円形の凸部や、三角形状の凹部又は凸部でもかまわない。光混色部材２１は射出成形方法で形成するが、略半円形状や三角形状はシンプルな形状をしているので、光混色部材２１を射出成形金型で成形する上において金型製作が容易であり、射出成形も容易にできる。

続いて、ＬＥＤ２５を構成するＬＥＤ（２５Ｒ、２５Ｇ、２５Ｂ）の配置形態について、図４を用いて説明する。図４は図１におけるＬＥＤの配置形態を説明する説明図である。

一般に、ＬＥＤは、正面から５０°程度の角度の範囲内に光強度の９０％近くを占める指向特性を持つ。そこで、図４に示すとおり、各ＬＥＤ（２５Ｒ、２５Ｇ、２５Ｂ）は、各ＬＥＤの発光面中心部（Ｒｃ、Ｇｃ、Ｂｃ）が同一の平面２００上に配置される。平面２００は、出射面２１ｂと略垂直で、光混色部材の厚み方向（ｔ）と略平行になっている。各ＬＥＤは、下面２１ｄから上面２１ｃに向って、ＢのＬＥＤ（２５Ｂ）、ＧのＬＥＤ（２５Ｇ）、ＲのＬＥＤ（２５Ｒ）の順に配置されている。図1に示すＬＥＤの組（Ａ１、Ａ２）は、同じ順番で各ＬＥＤ（２５Ｒ、２５Ｇ、２５Ｂ）を配置しているが、配置の順番は異なっていてもかまわず、この場合には、より混色が促進される。なお、平面２００は、説明を解り易くするために仮想的に設けた面であり、実際に、このような面は設けられていない。

本実施形態においては、光混色部材２１は略直方体となっており、入射面２１ａと出射面２１ｂは対向させて設けられているため、平面２００と異方性拡散手段２２は略垂直な関係となっている。つまり、光混色部材２１を、光混色部材の長さ方向（ｌ）と光混色部材の幅方向（ｗ）を水平面に対して平行で、光混色部材の厚み方向（ｔ）が、鉛直方向になるように設置されている。

上記の光源ユニット２０の作用について、図５、図６を用いて説明する。図５は、図１における異方性拡散手段の作用を説明する模式的に示した説明図である。図６は、図１における光源ユニットの作用を説明する模式的に示した説明図である。

まず、図５を用いて、ＬＥＤ２５から出射された光が、異方性拡散手２２に入射した時の拡散作用について説明する。図５は、光混色部材２１の異方性拡散手段２２の一部を拡大して示している。なお、ＬＥＤ２５から出射される光は、様々な方向から、異方性拡散手段２２の凹部２２ａの境界面２１ｇに入射するが、ここでは、光Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４を例にして説明する。

図５に示すように、光Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４は、境界面２１ｇへの入射角が異なっているため、異なる屈折角で屈折して光混色部材２１内部へ入射する。凹部２２ａは半円形となっているため、光Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４は境界面２１ｇでの屈折により、矢印で示すように、それぞれ、光混色部材の厚み方向（ｔ）に広角的に拡散して進んでいく。このような拡散作用は、略半円形の凸部や三角形状の凹部又は凸部においても同様に起こる。

また、略半円形の曲面はその曲面の曲率半径を変化させることによって、光混色部材の厚み方向（ｔ）への拡散領域を調整することができる。例えば、曲率半径を大きくすると拡散領域は狭くなり、曲率半径を小さくすると拡散領域は広くなる。三角形状の場合には、頂角が異なる複数の三角形状を混在させると、拡散領域を調整できる。このように拡散領域を調整することにより、出射面２１ｂからの出射光量や混色度合いの調整ができる。また、光混色部材２１の大きさ等にかかわらず、また、光混色部材２１の形状に合わせた光の拡散ができるようになる。

この拡散作用は、異方性拡散手段２２である全ての凹部の境界面２１ｇで起こっている。図6に示すとおり、発光色の異なるＬＥＤ（２５Ｒ、２５Ｇ、２５Ｂ）から出射された光は、境界面２１ｇにおける屈折によって、光混色部材の厚み方向（ｔ）へ拡散され、反射等をしながら光混色部材内を導波する間に混色されて、斜線で示した領域Ｅに示すとおり、各色のバランスの取れた白色光となり、出射面２１ｂから出射する。本実施形態においては、入射面２１ａに異方性拡散手段２２を設けているため、速やかに拡散が起こり、色むらの多い領域Ｆは小さく、出射面２１ｂから出射される光は、各色のバランスの取れた色むらが低減された白色光となる。

特に、本実施形態においては、各ＬＥＤ（２５Ｒ、２５Ｇ、２５Ｂ）は、各ＬＥＤの発光面中心（Ｒｃ、Ｇｃ、Ｂｃ）が鉛直線上に積み重なるように配置されている。各ＬＥＤ（２５Ｒ、２５Ｇ、２５Ｂ）は、光混色部材２１の側面方向から見ると鉛直線上に積まれて配置された複数のＬＥＤとして見えるが、光混色部材の上下方向から見ると重なって配置されているため１つのＬＥＤに見えるようになる。

光混色部材２１の側面方向から見たＬＥＤの指向特性は、各ＬＥＤ（２５Ｒ、２５Ｇ、２５Ｂ）の発光面中心が鉛直線上の異なる位置にあるが、異方性拡散手段２２によって鉛直方向に広がるよう拡散されて光混色部材２１内を導波していくため、異なる配置位置を無視できるようになる。一方、光混色部材の上下方向から見たＬＥＤの指向特性は、配置位置が重なっていて指向特性も重なった同一特性に見えるため、各光は重なり合った状態で光混色部材内を導波していくこととなる。

このため、発光強度の強い発光面中心の出射光同士を拡散できることになり、放射スペクトルの最大波長が異なる各ＬＥＤ（２５Ｒ、２５Ｇ、２５Ｂ）は、混色作用に影響を及ぼす各方向の実装位置を無視することができる一つのＬＥＤとみなすことができる。したがって、各色の光の強度がよりバランスの取れた状態となり、同等の指向特性を持った状態で出射面から出射されることになり、より色むらが低減された白色光を得ることができる光源ユニットを提供できる。

続いて、色むらが低減された白色光を得ることができる光源ユニットの他の形態を説明する。上記の異方性拡散手段２２の形状と異なる形態を図７、図８を用いて説明する。図７は、異方性拡散手段の他の形状形態を模式的に示した説明図であり、図７（ａ）は異方性拡散手段の平行列が光混色部材の長さ方向軸と傾斜を持ったもの、図７（ｂ）は異方性拡散手段の平行列が２種類あって、光混色部材の長さ方向軸とそれぞれ傾斜が異なり、２種類の異方性拡散手段が交差しているものを示している。

図８は、異方性拡散手段が不連続線状になっている更に他の形状形態を模式的に示した説明図であり、図８（ａ）は異方性拡散手段が部分的に切れ目を持ったもの、図８（ｂ）は異方性拡散手段がドット状になったものを示している。図７、図８は分かり易くするために模式的に描いてある。図７、図８（ａ）では、略半円形の凹部を用いて説明しているが、半円形の凸部、三角形状の凹部又は凸部等、他の形状でもかまわない。

図７（ａ）に示すように、異方性拡散手段２２は、平行に設けた複数の筋状の凹部が、光混色部材の長さ方向（ｌ）に対して、角度θの傾斜を持って設けられている。光混色部材の長さ方向（ｌ）と傾斜を持った異方性拡散手段２２は、光混色部材の厚み方向（ｔ）ばかりでなく光混色部材の長さ方向（ｌ）にも光を拡散させる。角度θが小さい場合、多くの光は光混色部材の厚み方向（ｔ）に拡散するが、角度θが大きくなるに従って光混色部材の長さ方向（ｌ）への拡散も増してくる。図1に示すＬＥＤ２５（Ａ１、Ａ２）のように、複数組のＬＥＤ２５を配置すると、相隣り合う組とのＬＥＤ２５の光の混色を促進させ、色むらが低減された白色光を得ることができる。なお、本発明は放射スペクトルの最大波長が異なるＬＥＤ（２５Ｒ、２５Ｇ、２５Ｂ）の光の混色を目的とするものであるので、角度θは、０°よりも大きく、４５°以下に抑えるのが好ましい。

また、図７（ｂ）に示すように、異方性拡散手段２２は、平行に設けた複数の筋状の凹部を光混色部材の長さ方向（ｌ）と傾斜を持った２種類の異方性拡散手段２２Ａ、２２Ｂを交差して設けることもできる。異方性拡散手段２２Ａは角度θの傾斜角を有し、異方性拡散手段２２Ｂは角度σの傾斜角を有している。なお、角度θと角度σは同一でも異なっていてもかまわない。この場合にも、図７（ａ）に示した異方性拡散手段２２と同様に、光混色部材の厚み方向（ｔ）のみならず光混色部材の長さ方向（ｌ）にも拡散させることができ、色むらが低減された白色光を得ることができる。特に、角度θと角度δを等しくすると、光混色部材の厚み方向（ｔ）、光混色部材の長さ方向（ｌ）共にバランスの取れた光の拡散をさせることができる。

一方、図８に示すように、異方性拡散手段２２は、不連続に形成することもできる。図８（ａ）、図８（ｂ）に示した不連続線状の異方性拡散手段２２は、筋状の凹部が平行に配列されている。図８（ａ）に示すように、異方性拡散手段２２は部分的に凹部が形成されていない。図８（ａ）では、この凹部が形成されていない部分が規則的に設けられているが、不規則に設けてもかまわない。また、図８（ｂ）に示す異方性拡散手段２２は、ドット状の異方性拡散手段２２を僅かの隙間を設けた状態で形成されている。このドット形状の異方性拡散手段２２は半球状の凹部になっていて、光混色部材の厚み方向（ｔ）や光混色部材の長さ方向（ｌ）にも光を拡散させることができる。

このように、異方性拡散手段２２を不連続に設けると、異方性拡散手段２２が有る部分と無い部分とで構成されるので、異方性拡散手段２２の無い部分では拡散のない直進光も現れてくる。したがって、混色度合いの調整などにも利用できる。さらに、異方性拡散手段の無い部分を利用して、光混色部材の長さ方向（ｌ）の拡散も生み出すことができ、各色のバランスの調整ができるようになり、色むらが低減された白色光を得ることができる。なお、この不連続線状の異方性拡散手段２２は、図７（ａ）や図７（ｂ）に示した光混色部材２１にも適用できる。

また、本実施形態における放射スペクトルの最大波長が異なる複数のＬＥＤ（２５Ｒ、２５Ｇ、２５Ｂ）の発光面中心部（Ｒｃ、Ｇｃ、Ｂｃ）を同一の平面２００上に配置する他の形態を、図9を用いて説明する。図９はＲ、Ｇ、ＢのＬＥＤの他の配置形態の一例を示した側面図で、図９（ａ）はＲ、Ｇ、ＢのＬＥＤを光混色部材の入射面の前に平面的に並べて配置した配置形態、図９（ｂ）はＲ、Ｇ、ＢのＬＥＤを光混色部材の入射面の前に階段的に重ねて配置した配置形態、図９（ｃ）はＲ、Ｇ、ＢのＬＥＤを光混色部材の入射面の前にＲとＢのＬＥＤを少し離して、ＧのＬＥＤを近接して配置した配置形態、図９（ｄ）はＲ、Ｇ、ＢのＬＥＤを光混色部材の形状に合わせて配置した配置形態を示している。なお、図９は光源ユニット２０を側面２１ｅから見た図である。

図９（ａ）に示す配置形態は、ＬＥＤ（２５Ｒ、２５Ｇ、２５Ｂ）を光混色部材２１の入射面２１ａの近傍に平面的に並べた配置を取る。この配置形態では、ＬＥＤ（２５Ｒ、２５Ｇ、２５Ｂ）の光を反射部材に向けて出射させ、反射部材からの反射光を光混色部材２１の入射面２１ａに入射させるようになっている（反射部材は図示せず。）。これによれば、光混色部材２１を薄型にできるというメリットがある。
次に、図９（ｂ）に示す配置形態は、ＬＥＤ（２５Ｒ、２５Ｇ、２５Ｂ）を光混色部材２１の入射面２１ａに向かって階段状に配置した配置形態をしている。ＬＥＤの光強度指向特性に応じて入射面２１ａとの距離が異なっているため、光強度指向特性を調整する配置として選択できる。ここでの階段の傾き（階段の急さ、緩やかさ）はＬＥＤの光強度指向特性を考慮して適宜に設定すると良い。
次に、図９（ｃ）に示す配置形態は、ＬＥＤ（２５Ｒ、２５Ｂ）が入射面２１ａから少し離れていて、ＬＥＤ（２５Ｇ）は入射面２１ａに接近した配置形態を取っている。これも、ＬＥＤの光強度指向特性を考慮した配置になっている。
次に、図９（ｄ）に示す配置形態は、光混色部材２１の形状にあわせて、ＬＥＤが配置されている。光混色部材２１は、３つ入射面２１ａを持っており、各入射面２１ａの近傍には、ＬＥＤ（２５Ｒ、２５Ｇ、２５Ｂ）がそれぞれ１個ずつ配置されている。各々の入射面２１ａには異方性拡散手段２２が設けられているので、入射面２１ａの近傍で混色が起こり易くなっている。
なお、ＬＥＤの配置形態は図９に示した配置形態以外にも様々な配置形態が考えられる。また、図９（ｄ）に示すように、光混色部材２１の形状に合わせた配置形態も上記の他に様々な配置形態が考えられる。また、ＬＥＤはＬＥＤ（２５Ｇ、２５Ｂ、２５Ｒ）の３種類を用いた配置形態で示したが、２種類以上用いる場合も同様な配置形態を取ることができる。たとえば、緑色（Ｇ）のＬＥＤをさらに加え、４つのＬＥＤを用いてもかまわない。また、２種類のＬＥＤを用いる場合、青色発光素子に蛍光体を被覆した白色系ＬＥＤと赤色のＬＥＤを用いることができる。これらは、要求される仕様に合った配置形態を取るのが望ましい。

なお、本実施形態においては、光混色部材２１の形状は略直方体の形状のものを用いたが、必ずしも略直方体の形状に限るものではない。例えば、対向する側面が略半円形形状であるもの、図９（ｄ）に示すような入射面のコーナー部分が削られているもの、５角形形状であるもの、３角形形状であるもの等、様々な形状のものを適用することができる。また、本実施形態での光混色部材２１は、図１においては、光混色部材の長さ方向（ｌ）のサイズが光混色部材の厚み方向（ｔ）のサイズよりも大きい形状を示しているが、これが、光混色部材の長さ方向（ｌ）のサイズが光混色部材の厚み方向（ｔ）のサイズよりも小さい形状であっても同じ仕様で適用するものである。
また、本実施形態において、異方性拡散手段２２は、光混色部材２１の入射面２１ａに設けられていたが、入射面２１ａ以外、例えば、出射面２１ｂにも設けても良い。出射面２１ｂに異方性拡散手段２２を設ければ出射面２１ｂの外側でも出射光の混ざり合いが起きて更なる混色が行われ、また、光が光混色部材２１から出射され易くなる。また、上面２１ｃや下面２１ｄに異方性拡散手段２２を設けることもでき、光混色部材の幅方向（ｗ）に拡散が起きる。また、側面２１ｅ、２１ｆに異方性拡散手段２２を設けてもよい。

また、本実施形態において、異方性拡散手段２２は光混色部材２１の入射面２１ａに設けられている。異方性拡散手段２２を光混色部材２１の外周面に設けると、光混色部材を形成する上で形成し易いと云うメリットはある。ただし、異方性拡散手段を光混色部材内部に設けても構わない。例えば、光混色部材の中に円形や半円形の筒状の空洞部などに光の拡散が起きる空洞部を複数設ける構成などを挙げることができる。この空洞部を設ける構成は空洞部の境界面を利用して光を広角的に拡散させる手法である。
上記で説明したように、本実施形態によれば、色むらが低減された白色光を得ることができる光源ユニットを提供することができる。

以下、実施例を挙げる中で本発明の更なる詳しい内容を説明する。まずは、本発明の実施例１に係る光源ユニットについて図１０、図１１を用いて説明する。図１０は本発明の実施例１に係る光源ユニットの要部断面図を示している。また、図１１は図１０における光混色部材の上面に設けた異方性拡散手段の作用を説明する模式的に示した説明図を示している。

図１０に示すとおり、実施例１の光源ユニット５０は、実装基板２４に実装されているＬＥＤ２５と、ＬＥＤ２５から出射された光を混色する光混色部材５１と、ＬＥＤ２５と光混色部材５１の外周部に設けられている反射部材５７とが備えられている。

光混色部材５１は、略直方体の形状をしており、異方性拡散手段５２が、入射面５１ａ、出射面５１ｂ、上面５１ｃ、下面５１ｄに形成されている。異方性拡散手段５２の形状は、前述の実施形態の異方性拡散手段２２と同様である。

反射部材５７は、光混色部材５１の上面５１ｃ側と下面５１ｄ側の２箇所に設けている。この反射部材５７は、上面５１ｃ又は下面５１ｄを透過した光を反射させて再び光混色部材５１内部に戻すようになっている。なお、反射部材５７は、光混色部材５１の側面や実装基板２４の背面に設けていてもかまわない。本実施例では、反射率の高い反射部材を使用しているが、高い拡散作用を併せ持つ反射部材を用いることもできる。また、反射部材５７は、シート状のもの、板状のものなどが好適であるが、これに限らず、形状は任意の設定できる。

続いて、本実施例の作用について、図１１を用いて説明する。ここでは、上面５１ｃと下面５２ｄにおいては同様な作用が起こるため、上面５１ｃにおける作用のみを説明する。光Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３、Ｐ４は、光混色部材５１内を導波する光の一部のみを示している。図１１に示すように、入射面５１ａに形成された異方性拡散手段５２によって、光混色部材の厚み方向（ｗ）に拡散された光Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は、上面５１ｃに設けられた異方性拡散手段５２の境界面５１ｇに異なる角度で入射する。臨界角よりも大きい角度で入射した光Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は、反射して光混色部材の幅方向（ｗ）に拡散する。この時、光Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は異なる角度で境界面５１ｇに入射するため、異なる方向へ拡散する。

一方、臨界角よりも小さい角度で入射した光Ｐ４は、光混色部材５１から出射し、反射部材５７で反射されて光混色部材５１内部に再び入射する。この時、境界面５１ｇに垂直に入射する光を除き、光混色部材５１から出射される際に屈折が起こる。また、光混色部材５１に再度入射する光も、同様に屈折が起こる。出射あるいは入射の際に屈折が起こるため、光混色部材の幅方向（ｗ）への拡散が促進される。

光Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４は、このような広角的な拡散を繰り返しながら出射面５１ｂに向って導波してゆく。拡散光の内、出射面５１ｂの凹部に臨界角より大きい角度で入射した光は反射され、さらに異方性拡散手段５２によって広角的に拡散される。一方、出射面５１ｂの凹部に臨界角より小さい角度で入射した光は、光混色部材５１による拡散によって十分な混色が施され、各色のバランスが取れ色むらが低減された白色光となって出射される。さらに、出射面５１ｂにも異方性拡散手段５２が設けられているため、光源ユニット５０からの出射光が増し、光の利用効率を向上させることができる。

次に、本発明の光源ユニットの実施例２を、図１２を用いて説明する。図１２は、本発明の実施例２に係る光源ユニットの要部断面図を示している。尚、ＬＥＤ光源は前述の実施形態のＬＥＤと同じ仕様のものを用いているので同一符号を付し、適宜、実施形態及び実施例１と同様な説明は、省略する。実施例２の光源ユニット６０の実施形態及び実施例１と異なる点は、ＬＥＤ２５が、図９（ａ）の配置になっている点、異方性拡散手段６２が入射面６１ａ、上面６１ｃ、下面６１ｄのみに形成されている点、及び、反射部材６７−３を設けた点である。

図１２に示すとおり、実装基板２４にＬＥＤ（２５Ｒ、２５Ｇ、２５Ｂ）が実装されたＬＥＤ２５は、各ＬＥＤ（２５Ｒ、２５Ｇ、２５Ｂ）の発光面が光混色部材６１の入射面６１ａと近接されておらず、実装基板２４と光混色部材６２の下面６１ｄが、略同一平面状に配置され、ＬＥＤ２５の光が上方へ向って出射するようになっている。反射部材６７−３は、ＬＥＤ２５と入射面６１ａを空気層を介して覆うように、反射部材６７−１のＬＥＤ２５側の端部から反射部材６７−２の入射面６１ａ側の端部まで曲面をもって延設されている。また、本実施例の光混色部材６１は、入射面６１ａ、上面６１ｃ、下面６１ｄに異方性拡散手段６２が形成されている。異方性拡散手段６２の形状は、実施形態及び実施例１に記載の凹部の形状と同様である。

続いて、光源ユニット６０の作用について説明する。ここでは、異方性拡散手段６２による拡散については、上記の説明と同様であるため、説明を省略する。矢印で示すように、ＬＥＤ２５から出射された光の多くは、反射部材６７−３で反射された後、入射面６１ａに入射する。反射部材６７−３は曲面を有しているため、光が反射される際に様々な方向へ進むことから、光の拡散が起こることとなる。一方、他の光は、直接、入射面６１ａに入射する。いずれの光も、実施形態及び実施例１に比べて入射面６１ａに対して角度を持って入射するため、光混色部材６１内でより広角的な拡散が行われる。このため、出射面６１ｂからは、各色のバランスの取れた、より色むらが低減された白色光が出射されることになる。

また、実施例２の光源ユニット６０は、ＬＥＤ２５が光混色部材６１の下面６１ｄと略同一平面に並んだ配置となっているので光混色部材６１の厚みを薄くすることが可能になる。そして、光源ユニット６０自体を薄型にでき、通常の白色ＬＥＤを用いた導光板と同じ厚みにすることができる。また、出射光量の多い大型のＬＥＤの使用も可能になる。

なお、反射部材６７−１、６７−２、６７−３は別体に設けたが、一体的に形成して１個の部品で構成しても構わない。

次に、反射部材を設けた他の形態について、図１３を用いて説明する。図１３は、本発明の実施例３に係る光源ユニットの要部断面図を示している。なお、上述の説明と重複する部分は、適宜、省略する。

上記の光源ユニット２０、５０、６０と異なる点は、実装基板７４に白色系ＬＥＤ（７５Ｂｙ）と赤色（Ｒ）のＬＥＤ（７５Ｒ）が実装されたＬＥＤ７５を用いた点である。その他、反射部材７７は光源ユニット５０と同様の仕様となっており、光混色部材７１は光源ユニット６０と同様の仕様となっている。

図１３に示すように、光源ユニット７０は、ＬＥＤ７５と、ＬＥＤ７５から出射された光を拡散させて色むらが低減された白色光として出射させる光混色部材７１と、光混色部材７１の出射面７１ｂ以外から出射された光を再び光混色部材７１に戻す反射手段７７が備えられている。光混色部材７１は、入射面７１ａ、上面７１ｃ、下面７１ｄにのみ、異方性拡散手段７２が設けられている。光混色部材７１の他の形状についても、実施形態と同様である。

ＬＥＤ７５の白色系ＬＥＤ（７５Ｂｙ）は、青色発光素子を被覆する透明樹脂の中に黄色（ＹＡＧ系）の蛍光体を拡散させてパッケージしたもので、青色発光素子から発光される青色光の一部は蛍光体粒子によって励起されて黄色光を発光し、パッケージのＬＥＤからは白色系光が得られるものである。赤色（Ｒ）のＬＥＤ（７５Ｒ）は、実施形態で説明した赤色を発光する赤色（Ｒ）のＬＥＤ（２５Ｒ）と同様である。

この場合には、この白色系ＬＥＤ（７５Ｂｙ）の白色系光とＬＥＤ（７５Ｒ）の赤色光が混色すると赤色領域の発光波長の入った光が得られる。従来の白色系ＬＥＤのみの場合と比べ、赤色の成分が付加されるので、液晶表示パネルにおけるカラー画像の色再現範囲は拡大する。また、ＬＥＤは２種類で良いので、光混色部材７１の厚みを薄くできる。また、光源ユニット７０の組立工数の削減効果などが得られる。なお、反射部材による反射、及び色むらが低減された白色光を得る混色作用については、上述の実施形態、実施例１、２と同様であるので説明を省略する。

実施形態から実施例２までの光源ユニットは、Ｒ、Ｇ、ＢのＬＥＤを用いての白色発光色が得られる光源ユニットについて説明をしたが、実施例３のように、用途に応じて別な発光色のＬＥＤを用いて、その組合せで他の色の混色を得ても何ら支障はないものである。また、今まで説明してきた光源ユニットは主要構成部品のみで説明を行ったが、これらの主要構成部品を筐体などのハウジングに収納して取扱い易い光源ユニットとして用いることもできる。ハウジング化されていれば運搬、バックライトユニットへの組立容易さなどの効果を生む。

次に、光源が本発明の光源ユニットであるバックライトユニットを備えた表示装置について図１４、図１５を用いて説明する。なお、図１４は、本発明の実施例４に係る表示装置の側面図を示している。また、図１５は、図１４における導光板の斜視図を示している。

表示装置９０は、図１４に示すように、液晶表示パネル８６の背面側にバックライトユニット８０を備えている。液晶表示パネル８６は、透過型の液晶表示パネルが用いられる。本実施例の液晶表示パネルは、ＴＦＴ素子を用いたアクティブマトリックス型の液晶表示パネルであり、ＴＦＴ素子を設けた各画素にはＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）のカラーフィルターが設けられ、バックライトユニット８０からの照明光でカラー画像が表示されるようになっている。

バックライトユニット８０は、導光板８１と、導光板８１の下面側に配設した反射部材８３と、導光板８１の上面側に積層して配設した拡散シート８４と、２枚のプリズムシート８５−１、８５−２と、導光板８１の側面近傍に配設した光源ユニット５０とが設けられている。この光源ユニット５０は前述の実施例１で説明した光源ユニット５０と同様である。このため、同一符号を付して表示している。以下、バックライトユニット８０の構成部品について説明する。

反射部材８３は、反射率の高いシート状の反射部材などが用いられる。反射部材８３は導光板８１の下面８１ｄを透過した光を反射させ、再び導光板８１内に戻すことができる。光の利用効率を高めるとともに、反射部材８３によって反射された反射光は導光板８１内に入射した際に屈折するので、導光板８１内での光の拡散をさせる働きもする。なお、拡散作用を持つ反射部材を用いることもできる。

拡散シート８４は、導光板８１から出射された出射光を広範囲に拡散して出射光の色合いや光強度を均一にすることができ、樹脂粒子等が拡散層に含有された樹脂シートや表面に微細な凹凸を設けた樹脂シートなどが好適なものとして挙げることができる。

プリズムシート８５−１、８５−２は、三角形のプリズムの稜線が平行列をなして連設されている。プリズムシート８５−１、８５−２は、プリズム稜線を略直交させて配置されている。プリズムシートを配置することにより垂直方向の光量を増やして、液晶表示パネル８６の照明を明るくすることができる。

導光板８１は、図１５に示すように、エッジライトタイプの四角な平板状の形状の導光板である。光源ユニット５０から出射される光が入射される入射面８１ａと、導光板８１内の光が出射される出射面８１ｃと、出射面８１ｃと対向する下面８１ｄを有している。下面８１ｄには、ドットやプリズムなどの反射手段（図示していない）が形成され、入射面８１ａから入射した光を出射面８１ｃ側に反射させると共に導光板８１の奥方へと光を導光するようになっている。導光板８１は、透明なアクリル樹脂やポリカーボネイト樹脂などの樹脂を用いて射出成形方法等によって形成されている。

特に、本実施形態の導光板８１の入射面８１ａには、導光板の長さ方向（Ｋ）に光を拡散させる第２の異方性拡散手段８２が設けられている。ここで、図１５に示している矢印の方向について説明する。一点鎖線で示した矢印Ｘは、光導波方向を指していて、入射面８１ａに入射した光が入射面８１ａと対向する反対側の面に向かって光が導波していく方向の軸である。また、出射面８１ｃに平行であって光導波方向（Ｘ）と直交をなす方向を、導光板の長さ方向（Ｋ）とし、二点鎖線の矢印として示している。また、導光板の長さ方向（Ｋ）と導光板の光導波方向（Ｘ）に直交する方向を、導光板の厚み方向（Ｔ）とし、矢印で示している。

第２の異方性拡散手段８２は、半円形の凹部を複数、導光板の厚み方向（Ｔ）と平行に形成されている。これにより、凹部に入射した光は導光板の長さ方向（Ｋ）に広角的に拡散させることができる。

導光板８１の入射面８１ａの近傍に設けられた光源ユニット５０は、上述の実施例１の光源ユニットである。複数組のＬＥＤ２５は、光混色部材の長さ方向（Ｋ）に沿って、ＬＥＤ２５の相隣り合う組の光が混ざり合うような間隔を持って光混色部材５１の入射面の近傍に配設されている。本実施例では、２組のＬＥＤ２５が配設されている。

続いて、本実施例の表示装置９０の作用を説明する。光源ユニット５０によって混色され、色むらが低減された白色光は光混色部材５１の出射面５１ｄから出射し、導光板８１の入射面８１ａに入射する。光混色部材５１から出射する際の屈折と導光板８１に入射する際の屈折によってさらに混色が施されて、より色むらが低減された白色光となって導光板８１の出射面８１ｃから出射される。特に、導光板８１の入射面８１ａの第２の異方性拡散手段８２により、導光板の長さ方向（Ｋ）への広角的な拡散が促進される。このため、導光板８１内におけるさらなる混色が起こり、より色むらが低減された白色光となる。

さらに、導光板８１の下面８１ｄに設けられた反射手段による反射光や反射部材８３からの反射光も混ざり合って拡散状態が促進されるとともに、出射面８１ｃから出射する出射条件を満たす光量が多く現れ、出射面８１ｃからの出射光量も増える。このことから、導光板８１の入射面８１ａ近傍の出射面８１ｃにおいても他の領域の出射面８１ｃと同様に均一な光量が出射され、色むらが低減された白色光が出射される。

従来技術にあっては、導光板の入射面近傍では混色が十分に行われないこと、出射光量が少ないこと、などが起因して色むらが現れたが、上記のバックライトユニット８０においては、このような問題は解消されて色むらは低減する。なお、光混色部材５１の出射面にも異方性拡散手段５２が設けられている場合には、光混色部材５１と導光板８１の間に空気層が形成されていても、異方性拡散手段５２によって光源ユニット５０からの出射光が増すので、導光板８１に入射する光量も増すこととなり、バックライトユニット８０の輝度均一性向上と混色がより促進される。

更に、導光板８１の出射面８１ｃから出射した白色光は拡散シート８４によって更に拡散され、プリズムシート８５−１、８５−２によって垂直方向に向かう光量が増えて液晶表示パネル８６を明るい白色光の下で照明することができる。従って、表示装置９０から得られるカラー画像には色むらがほとんど視認されない。また、Ｒ、Ｇ、ＢのＬＥＤを用いていることから色再現範囲を拡大でき、従来の画像表示では困難であった濃い赤色や濃い緑色の表示が可能になる。

従来技術にあっては、色むらが発生するためにバックライトユニットの導光板や拡散シート、プリズムシーは表示パネルの画像表示領域より大きいサイズのものを作る必要があった。しかしながら、上記のバックライトユニットの構成にあっては、導光板や拡散シート、プリズムシートの大きさは従来の大きさより小さくすることが可能になり、材料費削減の効果も得ることができる。

また、実施例４においては、光源ユニット５０はＲ、Ｇ、Ｂの３種類のＬＥＤ２５を用いたが、前述の実施例３での白色系ＬＥＤと赤色発光ＬＥＤの２種類のＬＥＤを用いた構成の光源ユニット７０を用いることもできる。２種類のＬＥＤで光源ユニットを構成すると光源ユニット自体を少し薄型にでき、併せて、導光板も薄くできるのでバックライトユニット自体も薄型にできる。また、前述の実施例２でのＲ、Ｇ、Ｂの３種類のＬＥＤを平面的に並べた構成の光源ユニット６０を用いることもできる。この場合も光源ユニットの厚みを薄くすることができ、併せて、導光板の厚みを薄型にできて、バックライトユニットの薄型化ができる。また、３種類のＬＥＤを平面的に並べた構成の光源ユニットを用いたバックライトユニットの場合は大型のＬＥＤを使用することが可能になり、高い輝度の照明を施すことができる。

また、光源ユニットは交換可能である。例えば、従来技術で説明した白色ＬＥＤを用いたバックライトユニットにあっては、白色ＬＥＤに代えてＲ、Ｇ、ＢのＬＥＤ２５を平面的に配置した光源ユニットを用いることができる。このように交換可能になれば、従来の導光板や導光板の上下面に配設する反射シートや拡散シートをそのままの状態にしてＬＥＤ光源を光源ユニットに交換するだけで表示画像品質を高めるバックライトユニットが得られる。また、光源ユニットでのユニット化してあると、バックライトユニットの組立し易さなど、組立上の工数削減効果も得る。

実施例４において、光源ユニットの光混色部材と導光板とは空気層を介して配置されていたが、光混色部材と導光板とを密接させて配置させることもできる。

光混色部材と導光板を密着させる場合には、導光板と光混色部材の間に光硬化性等の透明樹脂を用いる。通常、導光板にはアクリルやポリカーボネイトなどの透明樹脂が使用されており、光混色部材にも同様の材質が使用されている。これらの透明樹脂は柔軟性が無く、二つの部材を押圧しただけで密着させるのは困難である。そこで、導光板と光混色部材の間に流動性がある透明樹脂を封入した状態で近接し、空気層が無くなる状態で硬化させて密着させる。

光混色部材と導光板とを密着した状態では、光源ユニットからの出射光は短い距離で空気層を介さず導光板へ入射されるために光の損失が少なくなる。このため、導光板の入射面からより多くの光を採光できるようになり、バックライトユニットの光利用効率が向上し、より明るいバックライトユニットを実現することができる。

また、導光板と光混色部材を形成する材質は、光混色部材の材質の屈折率が、導光板の材質の屈折率よりも小さい材料を用いる。例えば、導光板には屈折率１．５８のポリカーボネイト、光混色部材には屈折率１．４９のアクリルを用いると、ＬＥＤから出射された光は、屈折率１の空気層を通過し、屈折率１．４９の光混色部材に入射する。この時、光源からの出射光は屈折率の低い物質から屈折率の高い物質へ向かって導波していくため、物質間の境界面で臨界角による反射の影響を受けなくなる。屈折率１．４９の光混色部材と屈折率１．５８の導光板でも同様で臨界角による反射の影響を受けない。

また、導光板と光混色部材の間に用いる透明樹脂は、導光板と光混色部材の中間の屈折率である、屈折率１．５４程度の透明樹脂を用いれば良い。ＬＥＤから出射し、光混色部材、透明樹脂、導光板の順で導波していく光は、屈折率の低い物質から屈折率の高い物質へ向かっていくため、各境界面では臨界角による反射の影響を受けなくなる。そのため、光源ユニットからは導光板の入射面へ向かうあらゆる方向の光が出射され、導光板の入射面から入射する光量が増加し、より明るいバックライトユニットを実現することができる。この場合にも、光源ユニットによって、色むらが低減された白色光が得られているので、導光板からは、色むらが低減された白色光が出射される。

なお、導光板と光混色部材の間に用いる透明樹脂は機械的な固着が可能な接着剤でも良いし、接着性を有さないペースト状の粘着剤でも良い。また、導光板と光混色部材の間に用いる透明樹脂自体で、光混色部材を形成しても良い。この場合、透明樹脂の屈折率は導光板の屈折率よりも小さい物を用いる。ＬＥＤから発し、空気層、光混色部材、導光板の順で導波していく光は、屈折率の低い物質から屈折率の高い物質へ向かっていくため、各境界面では臨界角による反射の影響を受けなくなる。

バックライトユニットと光源ユニットの配置方法は、混色の必要度合いや、バックライトユニットと光源位置の相対的な形状差などで選択すれば良いが、これらの違いについて説明する。

バックライトユニットと光源ユニットとを空気層を介して配置する場合、光源ユニット出射面からは臨界角の影響により、制約を受けた範囲の方向へ向かう光が出射する。出射しない光は、光混色部材内で反射し、異方性拡散手段によって角度を変え、光源ユニットの反射部材で反射し、臨界角の影響を受けない角度になった時に光源ユニット出射面から出射する。結果として、光は混色部材の厚み方向のあらゆる位置から出射されるため、ＬＥＤの実装位置の違いが無視できるようになり、しかも特定の広がり角度内の光が出射されるため光源としては理想的であり、導光板に入射した後にバックライトから出射する光は混色された状態となる。

例えば、導光板の厚さと搭載されるＬＥＤ厚み方向の総厚が同程度の場合、厚み方向のＬＥＤ搭載位置の違いにより、導光板入射面に近い領域の出射面では混色されないため、光源ユニットでより拡散し混色を促進させた光を導光板へ入射する必要がある。光源ユニットの配置方法は、光源ユニット内部でより混色される空気層を設けた近接配置を行えば良い。

また、バックライトユニットと光源ユニットを密着させて配置した場合、光源ユニットから導光板に取り込まれる光の量が増加し、バックライトユニットの光利用効率は高まる。しかし、光源ユニットからの出射角度の制約が少なくなることから光が出射され易くなり、ＬＥＤの実装位置の違いが無視できなくなる場合がある。すなわち混色効果が低減される。この場合には、光混色部材の複数面に異方性拡散手段を設ける構成や、広範囲に拡散されるよう異方性拡散手段を調整すること等により、短い距離で混色が施されるようにすれば、出射される光は色むらが低減された白色光となる。

また、例えば、導光板の厚さに対して搭載されるＬＥＤ厚み方向の総厚が小さい場合、導光板厚み方向のＬＥＤ搭載位置の違いは相対的に小さくなるため、光源位置の違いによる影響を受けにくくなる。混色のために光源ユニットで拡散する必要性は少なくなるため、光源ユニットの配置方法は、空気層を介さず光源利用効率の高い密着配置を行えば良い。

以上、本発明の光源ユニット、バックライトユニット、表示装置について説明したが、バックライトユニットと表示装置は何れも片側に光源ユニットを備えた構成のもので説明した。中型や大型のバックライトユニットや表示装置の場合は両側に本発明の光源ユニットを配設することも可能である。また、複数のＬＥＤの配置形態を変えることにより薄型の導光板を使用することが可能になり、白色ＬＥＤを用いた場合の導光板などが共用して使用できるようになる。また、本発明の光源ユニットやバックライトユニットは画像投影機能を持ったプロジェクタの光源ユニットやバックライトユニットとしても適用できるものである。

上述のとおり、実施の形態及び実施例１〜５によれば、色むらが低減された白色光を得ることができる光源ユニット、これを備えたバックライトユニット及び表示装置を提供することができる。

液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）用バックライト。特にカラーフィルタを有したカラー液晶ディスプレイ及びフィールドシーケンシャルカラー方式液晶ディスプレイ用のバックライトに関する。また、光源ユニットは、プロジェクタの光源としても利用できる。

本発明の実施形態に係る光源ユニットの斜視図である。 図１における矢印Ｇ方向から見た側面図である。 図１における矢印Ｈ方向から見た光源ユニットの光混色部材の側面図である。 図１におけるＬＥＤの配置形態を説明する説明図である。 図１における異方性拡散手段の作用を説明する模式的に示した説明図である。 図１における光源ユニットの作用を説明する模式的に示した説明図である。 異方性拡散手段の他の形状の形態を模式的に示した説明図で、図７の（ａ）は異方性拡散手段の平行列が光混色部材の長さ方向軸と傾斜を持ったもの、図７の（ｂ）は異方性拡散手段の平行列が２種類あって、２種類の異方性拡散手段が交差しているものを示している。 異方性拡散手段が不連続線状になっている形状の形態を模式的に示した説明図で、図８の（ａ）は異方性拡散手段が部分的に切れ目を持ったもの、図８の（ｂ）は異方性拡散手段がドット状になったものを示している。 Ｒ、Ｇ、ＢのＬＥＤの他の配置形態の一例を示した側面図で、図９の（ａ）はＲ、Ｇ、ＢのＬＥＤを光混色部材の入射面の前に平面的に並べて配置した配置形態、図９の（ｂ）はＲ、Ｇ、ＢのＬＥＤを光混色部材の入射面の前に階段的に重ねた配置した配置形態、図９の（ｃ）はＲ、Ｇ、ＢのＬＥＤを光混色部材の入射面の前にＲとＢのＬＥＤを少し離して、ＧのＬＥＤを近接して配置した配置形態、図９の（ｄ）はＲ、Ｇ、ＢのＬＥＤを光混色部材の形状に合わせて配置した配置形態を示している。 本発明の実施例１に係る光源ユニットの要部断面図である。 図１０における光混色部材の上面に設けた異方性拡散手段の作用を説明する模式的に示した説明図である。 本発明の実施例２に係る光源ユニットの要部断面図である。 本発明の実施例３に係る光源ユニットの要部断面図である。 本発明の実施例４に係る表示装置の側面図である。 図１４における導光板の斜視図である。 特許文献１に記載されている線状光源の構成を示す図である。

符号の説明

２０、５０、６０、７０ 光源ユニット
２１、５１、６１、７１ 光混色部材
２１ａ、５１ａ、６１ａ、７１ａ 入射面
２１ｂ、５１ｂ、６１ｂ、７１ｂ 出射面
２１ｃ、５１ｃ、６１ｃ、７１ｃ 上面
２１ｄ、５１ｄ、６１ｄ、７１ｄ 下面
２１ｅ、２１ｆ 側面
２１ｇ、５１ｇ 境界面
２２、５２、６２、７２ 異方性拡散手段
２４、７４ 実装基板
２５、７５ ＬＥＤ
２５Ｒ、７５Ｒ 赤色発光のＬＥＤ
２５Ｇ 緑色発光のＬＥＤ
２５Ｂ 青色発光のＬＥＤ
７５Ｂｙ 白色系ＬＥＤ
５７、６７−１、６７−２、６７−３、７７、９７ 反射部材
８０ バックライトユニット
８１ 導光板
８２ 第２の異方性拡散手段
８３ 反射シート
８４ 拡散シート
８５−１、８５−２ プリズムシート
８６、９６ 液晶表示パネル
９０、１００ 表示装置
９６Ａ 上基板
９６Ｂ 下基板

Claims (19)

1. 放射スペクトルの最大波長が異なる複数のＬＥＤと、
   前記複数のＬＥＤの光を入射面から入射して混色させて出射面から出射させる光混色部材とを備えた光源ユニットであって、
   前記光混色部材は、前記複数のＬＥＤからの入射光を特定方向へ広角的に広げて混色を施す異方性拡散手段が設けられていることを特徴とする光源ユニット。
2. 前記入射面と前記出射面に挟まれた一対の対向した側面は、高さと幅とを有し、
   前記一対の対向した側面に挟まれた距離を前記光混色部材の長さ、
   前記側面の高さを前記光混色部材の厚み、
   前記側面の幅を前記光混色部材の幅とすると、
   前記異方性拡散手段は、前記入射面から入射した前記複数のＬＥＤの光を、前記光混色部材の厚み方向又は前記光混色部材の幅方向、あるいは、前記光混色部材の厚み方向と前記光混色部材の幅方向に向かって拡散させることを特徴とする請求項１に記載の光源ユニット。
3. 前記複数のＬＥＤは、各ＬＥＤの発光面中心を同一の平面上に配置され、該平面は、前記出射面と略垂直で、前記光混色部材の厚み方向と略平行であることを特徴とする請求項１又２に記載の光源ユニット。
4. 前記異方性拡散手段は、少なくとも前記入射面に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光源ユニット。
5. 前記異方性拡散手段は、略平行に設けた複数の筋状の凸部又は凹部からなり、該筋状の凸部又は凹部は前記光混色部材の長さ方向軸と略平行に設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光源ユニット。
6. 前記異方性拡散手段は、略平行に設けた複数の筋状の凸部又は凹部からなり、該筋状の凸部又は凹部は前記光混色部材の長さ方向軸と傾斜を持って設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光源ユニット。
7. 前記異方性拡散手段は、略平行に設けた複数の筋状の凸部又は凹部からなり、該筋状の凸部又は凹部は前記光混色部材の長さ方向軸と傾斜を持った２種類の異方性拡散手段を交差して設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光源ユニット。
8. 前記筋状の異方性拡散手段は、連続線状又は不連続線状に設けられていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光源ユニット。
9. 前記異方性拡散手段の凸部又は凹部は、略半円形状又は三角形状をなすことを特徴とする請求項５乃至８のいずれか１項に記載の光源ユニット。
10. 前記異方性拡散手段は、光の拡散領域を調整できることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光源ユニット。
11. 前記光混色部材は略直方体であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の光源ユニット。
12. 前記光混色部材の外周部にあって、少なくとも前記出射面を除く部分の外周部に反射部材を設けたことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の光源ユニット。
13. 前記放射スペクトルの最大波長が異なる複数のＬＥＤはそれぞれ赤色と緑色と青色領域の放射スペクトルが最大波長となっていることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の光源ユニット。
14. 前記放射スペクトルの最大波長が異なる複数のＬＥＤの１つに青色発光素子に蛍光体を被覆した白色系ＬＥＤを用いたことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の光源ユニット。
15. 少なくとも導光板と光源とを有し、前記光源の光を前記導光板の入射面で採光して前記導光板の出射面から前記導光板内の光を出射するエッジライトタイプのバックライトユニットにおいて、前記光源からの光を採光する前記導光板の入射面の近傍に前記請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の光源ユニットを配置したことを特徴とするバックライトユニット。
16. 前記導光板の入射面には、前記導光板の出射面と略平行であって前記導光板の光導波方向軸と略直交をなす方向を長さ方向とすると、前記光源ユニットからの入射光を前記導光板の長さ方向に向かって光を拡散させる凸部又は凹部を筋状に、複数設けていることを特徴とする請求項１５に記載のバックライトユニット。
17. 少なくとも導光板と光源とを有し、前記光源の光を前記導光板の入射面で採光して前記導光板の出射面から前記導光板内の光を出射するエッジライトタイプのバックライトユニットにおいて、前記光源からの光を採光する前記導光板の入射面と前記請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の光源ユニットの出射面を密着して配置したことを特徴とするバックライトユニット。
18. 前記導光板の入射面と前記光源ユニットの出射面を密着して配置したバックライトユニットにおいて、前記光源ユニットの光混色部材を形成する材質の屈折率が、前記導光板を形成する材質の屈折率よりも小さいことを特徴とする請求項１７に記載のバックライトユニット。
19. 液晶表示パネルの背面側にバックライトユニットを備えた表示装置において、前記バックライトユニットは前記請求項１５乃至１８のいずれか１項に記載のバックライトユニットを用いたことを特徴とする表示装置。

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