JP2008288413A - 発光モジュール、発光モジュールアレイ、バックライトユニット、および液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ジャンクション温度の上昇を抑制するために放熱性を高めているとともに、十分な光強度を確保する発光モジュール等を提供する。
【解決手段】ＬＥＤモジュールＭＪは、ＬＥＤΓ１と、このＬＥＤΓ１からの光を反射させる反射面ＭＲを有する反射部材ＢＫと、を含んでいる。そして、このＬＥＤモジュールＭＪでは、反射面ＭＲは、その反射面ＭＲを境にＬＥＤΓ１側に曲率中心を有する楕円球の少なくとも一部を含む曲面になっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光モジュール、発光モジュールアレイ、バックライトユニット、および液晶表示装置に関するものである。

ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の発光素子は、小型であり、発光波長を制御できることから、様々な用途で用いられている。例えば、液晶ディスプレイ（液晶表示装置）の新しいバックライトユニットとしての実用化が進んでいる。ただし、ＬＥＤ自身は熱を帯びてしまうと、発光効率の低下や発光波長のずれといった特性劣化が生じる。そのため、ＬＥＤは、このような特性劣化を生じさせないように、バックライトユニットに搭載されなくてはならない。

通常、バックライトユニットは白色光を液晶パネルに照射させる。そのため、バックライトユニットは、白色発光ＬＥＤを搭載するか、赤色発光ＬＥＤ、緑色発光ＬＥＤ、および青色発光ＬＥＤを搭載し、各色の光を混色させて白色光を生成する。ただし、発光効率や発光波長（発光スペクトル）の制御という点で、三原色の光を混色させるほうが有利といわれている。そのため、特許文献１〜３のような、ＬＥＤを複数個搭載しているＬＥＤモジュールが開発されている。
特開２００３−８０６７号公報（図１参照） 特開２００２−１３３９３２号公報（図１参照） 特開２００６−１４８０３６号公報（図１５参照）

しかしながら、三原色の光を混色させるためには、各々の光を近づけなくてはならない。そして、各々の光を近づける場合に、ＬＥＤ同士の間隔（距離）をパラメータとして考えると、白色光生成のためには、ＬＥＤ同士の間隔が狭いと望ましい。このようになっていれば、各ＬＥＤからの光が効率よく混色できるためである。

しかし、ＬＥＤが極限まで近づくと、ＬＥＤに熱が帯びるという事態が生じる。詳説すると、密集したＬＥＤの群において、一方のＬＥＤの発熱によって他方のＬＥＤが温められ、ＬＥＤ自体が高温化するという事態（ジャンクション温度の上昇という事態）が生じる。なお、ジャンクション温度の上昇は、放熱性の比較的低い単一のＬＥＤを搭載するＬＥＤモジュールであっても生じる事態である。

そして、このような事態が生じると、上述したように、ＬＥＤの発光効率の低下や、ＬＥＤの発光波長のずれといった様々な特性劣化が起きる。そのため、かかる特性劣化を抑制するためには、ＬＥＤ同士の間隔は離れていると望ましい。すると、赤色、緑色、青色の３色のＬＥＤを用いて白色化を実現する場合、混色に要するＬＥＤ同士の距離と、特性劣化の抑制に要するＬＥＤ同士の距離とが、トレードオフの関係になっているといえる。

そのため、特許文献１〜３に示されるような、ＬＥＤを複数個密集させて搭載しているＬＥＤモジュールの場合、混色性を高めるためにはＬＥＤ同士の間隔が狭くなると望ましいものの、特性劣化の抑制のために、その間隔は十分に狭くならない。その上、混色性が低いために、発光モジュールとしての光強度が低くなりやすい。

本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものである。そして、本発明の目的は、ジャンクション温度の上昇を抑制するために放熱性を高めているとともに、十分な光強度を確保する発光モジュールを提供すること、並びに、その発光モジュールを搭載する発光モジュールアレイ、バックライトユニット、および液晶表示装置を提供することにある。

本発明は、第１の発光素子と、この第１の発光素子からの光を反射させる反射面を有する反射部材と、を含む発光モジュールである。そして、この発光モジュールでは、反射面が、その反射面を境に第１の発光素子側に曲率中心を有する楕円球の少なくとも一部を含む曲面になっている。

通常、曲面の反射面に対して光が照射される場合、光源が曲面の曲率中心の存在する側に位置すると、反射面からの反射光は、種々方向に向かって発散せず、ある箇所に向けて集光しようとする。そのため、光源の位置と、集光する光の位置（集光点）とが乖離する。

かかるような現象を発光モジュールに応用する場合に、反射面が楕円球の少なくとも一部を含む曲面になっていると、反射光の集光性が向上する（光強度の確保に貢献する）。その上、曲面状の反射面の曲率中心が、第１の発光素子側に位置することから、かかる反射面は開放面を有する窪み形状になっている。そのため、第１の発光素子の熱がこもりにくい（放熱性の向上に貢献する）。

なお、第１の発光素子が反射面における楕円球の焦点の１カ所に位置していると、第１の発光素子からの光は、残りの焦点に集光しやすい。

また、反射面が楕円球における長軸と同方向に沿って分割された楕円球状の一部を含む曲面であると、集光点は、発光素子の位置から乖離しつつも、発光モジュール内から乖離しない箇所に位置する（要は、発光モジュール外に集光点が位置しない）。そのため、かかるような発光モジュールでは、集光点の位置が特定しやすい。

その上、集光点から発光モジュールまでの距離を考慮することなく、かかる発光モジュールを種々の機器（バックライトユニット等）に搭載できるので、取り扱いが容易といえ、さらに、機器の小型化にも貢献する。

ところで、かかる発光モジュールに含まれる第１の発光素子の個数は単数でも複数でも構わない。ただし、第１の発光素子が複数｛ｎ個（ｎ＝２以上の自然数）｝搭載されている場合、反射部材は、第１の発光素子の個数と対応する数の反射面をつなげ合わせていると望ましい。

このような発光モジュールであれば、１つの反射面に対して、複数の第１の発光素子からの光が到達せず、１つの反射面には１つの第１の発光素子からの光が到達する。そのため、発光素子同士が密集せず、ジャンクション温度の上昇が起きない。

特に、複数の第１の発光素子からの光を混色させて出射させる発光モジュールでは、第１の発光素子の各々が、対応する反射面における楕円球の焦点の１カ所に位置しており、反射部材が、各反射面における楕円球の残りの焦点を重なり合うように、それら反射面をつなげ合わせていると望ましい。

このようになっていれば、複数の第１の発光素子からの光が、残りの焦点にて集光し、混色可能になるためである。

総括すると、発光モジュールでの発光素子の個数が単数であろうと複数であろうと、第１の発光素子からの光が、反射部材の反射面を介して、残りの焦点に集光するようになっていると望ましい。

また、発光モジュールには、反射面によって反射する光の進行側に向けて、直接光を出射させる第２の発光素子が含まれていると望ましい。

このようになっていれば、例えば、２個の第１の発光素子と１個の第２の発光素子とを含む発光モジュールが成立する。そして、このような発光モジュールは、第１の発光素子に応じた反射面を２面だけ備える小型な反射部材であるにもかかわらず、３個の発光素子を含むことになる。つまり、かかる発光モジュールは、発光素子の総数よりも少ない数の反射面を含む反射部材でよく、サイズの小型化が図れる。

なお、かかる第２の発光素子を含む発光モジュールでは、第２の発光素子の光の出射進行先が、第１の発光素子の位置していない焦点であると望ましい。

このようになっていると、２つある焦点の一方に位置する第１の発光素子の光は反射面によってもう一方の焦点に導かれるととともに、そのもう一方に進行する第２の発光素子の光は、第１の発光素子の光と混色できる。

また、反射面が、反射部材の一面を窪ませた内面であり、その窪む方向を窪み方向とする場合、第２の発光素子は、その窪み方向において、第１の発光素子の位置していない焦点に重畳する反射面に位置していると望ましい。

このようになっていると、第２の発光素子の光が、簡単に第１の発光素子の光の集光する箇所（すなわち第１の発光素子の位置していない焦点）に導かれる。

ところで、発光モジュールでは、光の進行方向がそろうと望ましい。そして、これを実現する発光モジュールでは、反射部材には、反射面の底から隆起する隆起部分が含まれており、隆起部分は、自身を除く反射面からの反射光を屈折させることで光路を変更させている。

このようになっていると、反射面からの反射光の進行方向が、隆起部分での屈折（反射等）によって、そろいやすくなる。

特に、隆起部分は、２つの焦点の間に位置するとともに、隆起先を先細らせた先細り形状であり、さらに、各々の第１の発光素子からの光に対応する隆起側面を有しており、それらの各隆起側面は、各々の第１の発光素子からの光を１カ所に集光させていると望ましい。

このようになっていると、反射面から焦点に向かって進行する反射光が隆起部に到達する。そして、到達した光は、先細り形状の隆起部ゆえに仰ぐように傾斜する隆起側面によって跳ね上がるように屈折させられ、焦点以外の１カ所に導かれる。その上、隆起側面の傾斜角が適切に設定されていると、光の進行方向が確実にそろいやすくなる。

なお、第２の発光素子が、反射面の底から隆起する隆起部分の先端に位置しても望ましい。このようになっていると、第２の発光素子が隆起部以外の反射面上に位置することに起因する反射面積の減少は起きない。

ところで、発光モジュールには、反射面からの反射光を受光し、その反射光の光路を変更させる光路変更素子が含まれていると望ましい。

このようになっていると、反射面からの反射光の進行方向が、光路変更素子での屈折（反射、透過等）によって調整される。そのため、反射光の進行方向がそろいやすい。なお、隆起部分とこの光路変更素子とが併用されると、反射光の進行方向が所望方向に調整されやすく、かかる反射光の進行方向が一層、そろいやすい。

ここで、光路変更素子の一例について詳説する。光路変更素子は、反射光の少なくとも一部を屈折進行させる素子屈折面を有し、その素子屈折面を表面かつ側面とする先細り形状になっており、さらに、その先細った端部を反射面に向けることで、素子屈折面を反射面に対して俯かせている。

このようになっていると、反射面に向いた素子屈折面によって、反射面からの反射光が到達しやすくなり、かかる反射光の進行方向が効率よく調節される。

なお、光路変更素子が、素子屈折面を各第１の発光素子からの光に対応させており、各素子屈折面は、各々の第１の発光素子からの光を同一方向に向かせていると望ましい。このようになっていると、各々の素子屈折面が、各第１の発光素子の光を確実に所望方向に導く。

また、光路変更素子が、素子屈折面を各第１の発光素子からの光に対応させており、各素子屈折面は、各々の第１の発光素子からの光を１カ所に集光させていてもよい。

なお、発光モジュールは、光路変更素子に代えて、反射面からの反射光を受光し、その反射光を拡散させる光拡散素子を含んでいてもよい。

このようになっていても、反射面からの反射光の進行方向が、光拡散素子での拡散によって調整される。そのため、かかる反射光の進行方向がそろいやすい。

ところで、楕円球の少なくとも一部を含む曲面から成っている反射面の形状は、種々ある。例えば、反射面が、反射部材の一面を窪ませた内面であり、その窪む方向を窪み方向とする場合、反射部材は、反射面を構成する曲面内に、楕円球における長軸に平行であるとともに、かかる窪み方向にも平行な制御平面を少なくとも１面形成させていてもよい。

通常、曲面の反射面によって反射される光は種々方向（例えば、放射状）に進行しやすい。しかし、平面の反射面によって反射される光は放射状等ではなく一定方向に向かって進行しやすい。すると、平面状の制御平面があれば、反射光は一定方向に向かいやすく、かかる反射光の進行方向はそろいやすいといえる。

なお、制御平面が、長軸を境にした両端に形成されていると、より一層、反射される光は放射状等に進行せず、かかる反射光の進行方向はそろいやすくなる。

以上のような発光モジュールでは、特に発光色は限定されない。しかし、カラー発光可能な発光モジュールにする場合、第１の発光素子が、赤色発光素子、緑色発光素子、または青色発光素子であると望ましい。

また、第１の発光素子が２個の場合、それら２個の発光素子は、赤色発光素子、緑色発光素子、およびは青色発光素子のうち、互いに異なる色の組み合わせで構成されていると望ましい。

また、第１の発光素子の個数が３個以上の場合、それらの第１の発光素子には、少なくとも、赤色発光素子、緑色発光素子、青色発光素子が含まれていると望ましい。このようになっていると、白色発光可能な発光モジュールとなるためである。

その上、第２の発光素子が、第１の発光素子同様に、赤色発光素子、緑色発光素子、または青色発光素子であると望ましい。

また、第１の発光素子の個数が２個、第２の発光素子の個数が１個で、合計３個の発光素子が搭載されている場合、それらの合計３個の発光素子には、赤色発光素子、緑色発光素子、青色発光素子が含まれていると望ましい。このようになっていると、白色発光可能な発光モジュールとなるためである。

また、発光素子の種類は特に限定されるものではないが、発光素子がＬＥＤモジュールであると望ましい。

なお、以上のような発光モジュールを搭載したバックライトユニット、さらには、そのバックライトユニットを搭載した液晶表示装置も、本発明といえる。

本発明によれば、楕円球の少なくとも一部を含む曲面である反射面を介し、発光素子の光が集光するので、発光モジュールは光強度を十分に確保できる。その上、反射部材の窪み内に反射面が位置することから、その窪みの入口（すなわち開放面）を介して、発光素子の熱は逃げやすい。そのため、ジャンクション温度上昇が起きにくい。

［実施の形態１］
本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、図面によっては便宜上、部材番号およびハッチングを省略する場合もあるが、かかる場合、他の図面を参照するものとする。

通常、液晶表示装置は、液晶表示素子パネルと、かかる液晶表示パネルに光を導くバックライトユニットとを有している。そして、図１９はバックライトユニット（サイドライト型バックライトユニット）２９を図示している。

バックライトユニット２９は、液晶表示パネルに向けて光（バックライト光）を出射する。そして、このバックライトユニット２９は、ＬＥＤモジュールアレイ（発光モジュールアレイ）１１、導光板２１、反射シート２２、拡散シート２３、およびレンズシート２４（２４ａ・２４ｂ）を含んでいる。

ＬＥＤモジュールアレイ１１は光源として光を発するものであり、ベース基板１２と、そのベース基板１２上に列状に配置されている複数のＬＥＤモジュールＭＪとを有する（ＬＥＤモジュールＭＪについては後に詳説する）。

導光板２１は、かかるＬＥＤモジュールアレイ１１の線状光を面状光に変換するものである。また、反射シート２２は、ＬＥＤモジュールアレイ１１からの光や導光板２１内部を伝播する光を漏洩させることなく液晶表示パネルに向けて反射させるものである。

さらに、拡散シート２３は導光板２１からの光を拡散させて、液晶表示パネル全域に光をいきわたらせるものであり、レンズシート２４ａ・２４ｂは液晶表示パネルに入射する光の放射特性を偏向させて（集光させて）、その液晶表示パネルの単位面積あたりの発光輝度を向上させるものである。

ここでＬＥＤモジュールアレイ１に搭載されるＬＥＤモジュール（発光モジュール）ＭＪについて図１〜図６を用いて詳説する。これらの図に示すように、ＬＥＤモジュールＭＪに搭載されるＬＥＤ（発光素子）Γの個数は、３個、２個、１個のように種々存在する。

なお、図１、図３、および図５は斜視図になっており、図２、図４、および図６は平面図および断面図（後述のＸ方向およびＺ方向の断面）になっている。そして、図中のＸＹＺ直交座標を用いて説明を行う。なお、Ｘ方向およびＹ方向は平面方向を示し、Ｚ方向は平面方向に対する垂直方向を示す。さらに、図３・図５では、ＬＥＤモジュールＭＪに電流供給するアノード１４・カソード１５を図示するが、それ以外の図では、便宜上、それらを省略する。

図１〜図６に示すように、ＬＥＤモジュールＭＪは、ＬＥＤΓ（第１のＬＥＤΓ１と称す場合がある）と、このＬＥＤΓ１からの光を反射させる反射面ＭＲを有する反射部材ＢＫと、を含む。なお、反射部材ＢＫは、ブロック状の外観を有する部材であるとともに、ブロック状の一面を窪ませ、その窪みが反射面ＭＲになっている（なお、窪みの入口は開放面ＯＰになっている）。

詳説すると、反射部材ＢＫは、３個または２個のＬＥＤΓ１の光（２点鎖線参照）を受光する場合、図１〜図４に示すように、ＬＥＤΓ１の個数と対応する数の反射面ＭＲをつなげ合わせている。一方、１個のＬＥＤΓ１の光を受光する場合、反射部材ＢＫは、図５および図６に示すように、１個のＬＥＤΓ１に対応する１面の反射面ＭＲを含んでいる。

そして、反射面ＭＲは、図２、図４、および図６の断面図に示すように、その反射面ＭＲを境にＬＥＤΓ１側に曲率中心を有する楕円球の少なくとも一部を含む曲面になっている。

このようになっていると、ＬＥＤΓ１は反射面ＭＲによって包みこまれるように位置する。そのため、ＬＥＤΓ１から反射面ＭＲに向かう光のほとんどが、その反射面ＭＲにて反射し、ある箇所に向けて集光する。そのため、ＬＥＤΓ１の位置（発光点）と、集光する光の位置（集光点）とが乖離する。

そして、このように、ＬＥＤΓ１の位置と集光点とが乖離していると、集まった光の影響（集光点における温度の影響）でＬＥＤΓ１の温度、すなわちジャンクション温度が上昇しない。また、曲面状の反射面ＭＲの曲率中心が、ＬＥＤΓ１側に位置することから、かかる反射面ＭＲは開放面ＯＰを有する窪み形状になっている。そのため、ＬＥＤΓ１の熱もこもりにくい。その結果、ジャンクション温度上昇に起因するＬＥＤモジュールＭＪの発光効率の低下や発光波長のずれ等が生じない。

特に、ＬＥＤモジュールＭＪでは、ＬＥＤΓ１は、反射面ＭＲにおける楕円球の焦点Ｐ１（黒星参照）の１カ所に位置し、反射面ＭＲに向かって光を発するとよい。このようになっていると、反射面ＭＲからの反射光が、楕円球のもう一方の焦点Ｐ２（白星参照）に集光する。そのため、ＬＥＤΓ１の位置と集光点とが乖離するだけでなく、反射光の集光度が向上するためである（なお、集光点は、ＬＥＤモジュールＭＪにおける仮想発光点ともみなせる）。

また、図１〜図４に示すように、ＬＥＤΓ１が複数搭載されているＬＥＤモジュールＭＪの場合、ＬＥＤΓ１の各々が、対応する反射面ＭＲにおける楕円球の焦点Ｐ１（黒星）の１カ所に位置し、反射部材ＢＫは、各反射面ＭＲにおける楕円球の残りの焦点Ｐ２（白星）を重なり合うように、それら反射面ＭＲをつなげ合わせているとよい。

このようになっていると、各反射面ＭＲからの反射光は、１カ所に集まった残りの焦点Ｐ２にて集光する。つまり、このＬＥＤモジュールＭＪは、ＬＥＤ同士を近づけることなく、１カ所に光を集光させ、外部に出射（放射）できる。したがって、一方のＬＥＤΓ１の熱で、他方のＬＥＤΓ１が温められることはない。

また、互いに異なる発光色のＬＥＤΓ１が搭載されている場合、ＬＥＤ同士が直接近づくことはないものの、比較的高い度合いで集まった反射光によって、混色が生じる。例えば、赤色発光のＬＥＤΓ１（Γ１ｒ）、緑色発光のＬＥＤΓ１（Γ１ｇ）、および青色発光のＬＥＤΓ１（Γ１ｂ）を搭載するＬＥＤモジュールＭＪは、混色によって白色の光を発する（図１および図２参照）。また、赤色発光のＬＥＤΓ１ｒと緑色発光のＬＥＤΓ１ｇを搭載しているＬＥＤモジュールＭＪは、混色によって黄色の光を発する（図３および図４参照）。

ただし、図７に示すように、２個のＬＥＤΓ１・Γ１とは別の第２のＬＥＤΓ（第２のＬＥＤΓ２）がＬＥＤモジュールＭＪに搭載されてもよい。特に、反射面ＭＲ・ＭＲに向けて光を出射させる２個の第１のＬＥＤΓ１・Γ１と、反射面ＭＲ・ＭＲに向けて光を出射せず、２個の第１のＬＥＤΓ１・Γ１による反射光の進行側に向けて光を出射させる第２のＬＥＤΓ２が搭載されているＬＥＤモジュールＭＪであればよい。

なぜなら、このようなＬＥＤモジュールＭＪの場合、２個の第１のＬＥＤΓ１・Γ１と第２のＬＥＤΓ２との合計３個のＬＥＤΓが、赤色発光のＬＥＤΓ１ｒ、緑色発光のＬＥＤΓ１ｇ、および青色発光のＬＥＤΓ２（Γ２ｂ）であれば、白色発光可能になるためである。

なお、２個の第１のＬＥＤΓ１・Γ１が、各反射面ＭＲにおける楕円球状の一方の焦点Ｐ１・Ｐ１に位置し、反射面ＭＲ・ＭＲに向けて光を出射させている場合、反射光は、他方の焦点Ｐ２に集光するので、第２のＬＥＤΓ２の光の出射進行先が、ＬＥＤΓ１・Γ１の位置していない焦点Ｐ２であればよい。

また、図７に示すように、第２のＬＥＤΓ２は、Ｚ方向（反射面ＭＲが、反射部材ＢＫの一面を窪ませた内面であり、その窪む方向）において、第１のＬＥＤΓ１・Γ１の位置していない焦点Ｐ２に重畳する反射面ＭＲに位置しているとよい。このようになっていると、焦点Ｐ２に至る第２のＬＥＤΓ２からの光の距離は最短距離となり、混色する光の光強度は比較的高くなる。

続いて、図８以降の図を用いて、２面の反射面ＭＲ・ＭＲを有するＬＥＤモジュールＭＪを説明する。ただし、このＬＥＤモジュールＭＪ有する特徴は、２面の反射面ＭＲ・ＭＲを有するＬＥＤモジュールＭＪに限定されるものではなく、１面、３面、または４面以上の反射面ＭＲを有するＬＥＤモジュールＭＪにも適用される。

なお、図８等の２面の反射面ＭＲ・ＭＲを有するＬＥＤモジュールＭＪでは、楕円球の長軸がＸ方向に沿い、Ｚ方向は反射面ＭＲによって反射する光の進行側に沿っている。

図８に示すように、ＬＥＤモジュールＭＪでは、反射部材ＢＫに、反射面ＭＲの底から隆起する隆起部分ＲＧが含まれているとよい。そして、かかる隆起部分ＲＧは、自身を除く反射面ＭＲからの反射光を屈折させることで光路を変更させている。このようになっていると、隆起部分ＲＧは、反射光を屈折させることで、その光（屈折光）の進行方向を一方向（例えばＺ方向）に導ける。

特に、隆起部分ＲＧが、２つの焦点Ｐ１・Ｐ２の間に位置するとともに、隆起先を先細らせた先細り形状（テーパ状）であり、さらに、各々の第１のＬＥＤΓ１・Γ１からの光に対応する隆起側面ＳＵ・ＳＵを有しているとよい。

このように隆起部分ＲＧが２つの焦点Ｐ１・Ｐ２の間に位置すると、一方の焦点から他方の焦点に到達するまでの光が、かかる隆起部分ＲＧによって屈折進行しやすい。その上、隆起部分ＲＧがテーパ状であると、隆起側面ＳＵ・ＳＵは、各焦点Ｐ（Ｐ１・Ｐ２）に向かって仰向くように傾斜する。

そのため、隆起側面ＳＵ・ＳＵによって屈折する光は跳ね上がるように進行する。すると、各隆起側面ＳＵ・ＳＵが適切に設計されれば、各々の第１のＬＥＤΓ１・Γ１からの光が、各隆起側面ＳＵ・ＳＵにて屈折することで跳ね上がるように進行し、その進行方向が一層一方向に導きやすくなる（進行方向がそろうようになる）。

なお、隆起部分ＲＧの形状は特に限定されない。例えば、隆起部分ＲＧの先端に、平面が生じていてもよいし、直線が生じていてもよい（後述の図１０および図８等参照）。要は、各ＬＥＤモジュールＭＪの光をＺ方向に近づけられるような反射面（隆起側面ＳＵ）が含まれる隆起部分ＲＧであればよい。したがって、隆起側面ＳＵの面形状も特に限定されるものではなく、三角形であっても四角形であってもよい（要は多角形であればよい）。

ただし、下記の理論を用いれば効率よく隆起側面ＳＵが設計できる。その理論とは以下の通りである。

通常、図９Ａに示すように、ある一点Ｑ１にて集光するような光束が存在する場合に、その集光点Ｑ１に至る直前にて反射板ＰＴを位置させ、鏡面反射を生じさせると、反射光はある一点（反射集光点Ｑ２）にて集光する。そして、かかるような現象が生じている場合、集光点Ｑ１と反射集光点Ｑ２との位置関係は、反射板ＰＴを境に等間隔に位置する。すなわち、反射板ＰＴは、集光点Ｑ１と反射集光点Ｑ２との間隔を垂直２等分するようになる。

そこで、この理論を反射部材ＢＫに応用すると、図９Ｂに示すように、反射板ＰＴが、発光点となる楕円球の一方の焦点Ｐ１と残りの焦点Ｐ２との間に位置するとともに、残りの焦点Ｐ２と集光させたい箇所（反射集光点Ｑ２）との間隔が垂直２等分するように位置すればよい。すなわち、隆起側面ＳＵがかかる反射板ＰＴ（残りの集光点Ｐ２と反射集光点Ｑ２とを垂直２等分する面）となるように設計すればよいといえる。

なお、隆起側面ＳＵ・ＳＵからの光に対して混色させるべく、第２のＬＥＤΓ２が搭載されていてもよい。例えば、図１０に示すように、第２のＬＥＤΓ２が、反射面ＭＲの底から隆起する隆起部分ＲＧの先端に位置してもよい。

［実施の形態２］
実施の形態２について説明する。なお、実施の形態１で用いた部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付記し、その説明を省略する。

実施の形態１では、隆起部分ＲＧについて詳説した。しかし、光の進行方向を変更させる部材は、隆起部分ＲＧに限定されるものではない。例えば、図１１に示すような、反射面ＭＲからの反射光を受光し、その反射光の光路を変更させる光路変更素子ＰＲ（例えば、光学プリズム）が含まれていてもよい。

ここで、光路変更素子ＰＲについて詳説する。光路変更素子ＰＲは、反射面ＭＲからの反射光の少なくとも一部を屈折進行させる素子屈折面ＲＦを有し、その素子屈折面ＲＦを表面かつ側面とする先細り形状（テーパ状；例えば、角錐体状または角錘台状）になっている。そして、かかる光路変更素子ＰＲは、先細った端部を反射面ＭＲに向けることで、素子屈折面ＲＦをその反射面ＭＲに対して俯かせている。

そして、このように光路変更素子ＰＲの素子屈折面ＲＦが反射面ＭＲに対して俯いている理由は以下のとおりである。

通常、光路変更素子ＰＲを構成する材質の屈折率をｎ１、空気の屈折率をｎ２（＝１．０）とし、ＬＥＤΓ１からの光が集光点に入射する入射角をθin、光路変更素子ＰＲから外部に出射する光の出射角をθoutとすると、スネルの法則により、以下の条件式（１）が成立する。
ｎ１×sin(θin)＝ｎ２×sin(θout)＝sin(θout) … 条件式（１）

そして、集光点付近の外部境界面に角度δ（傾斜角δ）の傾斜があるとすると、以下の条件式（２）が成立することになる。
ｎ１×sin(δ−θin)＝sin(δ−θout) … 条件式（２）

すると、傾斜角δが生じるように、素子屈折面ＲＦが俯くように設定されると、かかる光路変更素子ＰＲを介して進行する光の進行方向を一方向に近づけることが可能といえる。

なお、光路変更素子ＰＲは、素子屈折面ＲＦ・ＲＦを各々の第１のＬＥＤΓ１・Γ１からの光に対応させているとよい。このようになっている場合に、各素子屈折面ＲＦ・ＲＦの傾斜角δの設定によっては、各々の第１のＬＥＤΓ１・Γ１からの光が同一方向に向くためである。また、各素子屈折面ＲＦ・ＲＦの傾斜角δの設定によっては、各々の第１のＬＥＤΓ１・Γ１からの光が１カ所に集光することもあり得る。

ただし、光路変更素子ＰＲの位置は特に限定されるものではない。しかし、各々の第１のＬＥＤΓ１・Γ１からの光の集光する箇所が望ましい。例えば、隆起部分ＲＧを有しない図１〜図４のようなＬＥＤモジュールＭＪの場合、光路変更素子ＰＲは第１のＬＥＤΓ１の位置していない焦点Ｐ２に位置しているとよい。この位置であれば、光路変更素子ＰＲは効率よく反射光を受光できるためである。

また、光路変更素子ＰＲは、図１２に示すように、反射部材ＢＫにおける隆起部分ＲＧと併用されてもよいし、図１３に示すように、第２のＬＥＤΓ２を搭載するＬＥＤモジュールＭＪに用いられてもよい。

［実施の形態３］
実施の形態２について説明する。なお、実施の形態１および２で用いた部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付記し、その説明を省略する。なお、この実施の形態では、光拡散素子ＤＦと制御平面ＳＭＲとについて説明する。

実施の形態２では、光路変更素子ＰＲについて詳説した。しかし、この光路変更素子ＰＲに代えて、図１４に示すように、反射面ＭＲからの反射光を受光し、その反射光を拡散させる光拡散素子ＤＦが含まれているＬＥＤモジュールＭＪであってもよい（なお、図１２・図１３での光路変更素子ＰＲに代えて、光拡散素子ＤＦが位置してもよい）。このようになっていても、光拡散素子ＤＦが、各々のＬＥＤΓからの光の拡散方向をそろえることで、光の進行方向を一方向に導けるためである。

また、光路変更素子ＰＲ同様、効率よく反射光を受光するために、例えば、光拡散素子ＤＦの位置はＬＥＤΓの位置していない焦点Ｐ２に位置しているとよい（要は、各々の第１のＬＥＤΓからの光の集光している箇所がよい）。ただし、この位置に限定されるものではない。

なお、以上のような隆起部分ＲＧ、光路変更素子ＰＲ、および光拡散素子ＤＦは、複数のＬＥＤΓからの光の進行方向を極力そろえるように調整している。これは、複数のＬＥＤΓからの異なる色の光を効率よく混色させるためである。

そして、さらに、複数のＬＥＤΓからの光の進行方向を極力そろえるために、反射部材ＢＫの反射面ＭＲに曲面形状が、図１５に示すように変化していてもよい。すなわち、反射部材ＢＫは、反射面ＭＲを構成する曲面内に、楕円球における長軸に平行であるとともにＺ方向に平行な制御平面ＳＭＲ・ＳＭＲを２面形成させているとよい。詳説すると、制御平面ＳＭＲ・ＳＭＲが、長軸を境にした両端に形成されているとよい。

このようになっていると、反射面ＭＲに含まれる曲面の面積は、制御平面ＳＭＲの存在によって減少するので、曲面によって種々方向に屈折進行していた光量（例えば、放射方向に進む光量）は減少する。また、制御平面ＳＭＲ・ＳＭＲにより屈折進行する光は、その制御平面ＳＭＲ・ＳＭＲの位置にあった曲面により屈折進行する光に比べて、種々方向に進行しにくくなる。つまり、ある方向に収束しやすくなる。そのため、かかる光の進行方向はそろえやすい。

例えば、図１６および図１７に示すように、制御平面ＳＭＲ・ＳＭＲと隆起部分ＲＧとが反射部材ＢＫに存在すれば、制御平面ＳＭＲ・ＳＭＲから屈折進行してくる光が隆起部分ＲＧによってさらに屈折進行されることになる。そのため、一層、複数のＬＥＤΓからの光の進行方向がそろいやすくなる。

また、図１８に示すように、ＬＥＤモジュールＭＪに、制御平面ＳＭＲ・ＳＭＲ、隆起部分ＲＧ、および光路変更素子ＰＲが含まれていると、さらに一層、複数のＬＥＤΓからの光の進行方向がそろいやすくなる。なお、図示していないが、制御平面ＳＭＲ・ＳＭＲ、隆起部分ＲＧ、および光拡散素子ＤＦを含むＬＥＤモジュールＭＪであってもよい。

なお、図１５〜図１８では、制御平面ＳＭＲ・ＳＭＲが、楕円球の長軸を境にした両端に形成されているＬＥＤモジュールＭＪを例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。例えば、楕円球における長軸に平行であるとともに短軸に垂直な制御平面ＳＭＲは１面だけでもよい。１面の制御平面ＳＭＲにより屈折進行する光でも、その制御平面ＳＭＲの位置にあった曲面により屈折進行する光に比べて、種々方向に進行しにくくなるためである。

［その他の実施の形態］
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。

例えば、反射部材ＢＫの材質は特に限定されない。ただし、樹脂（ポリカーボネート樹脂等）であれば、軽量な反射部材ＢＫ（ひいては軽量なＬＥＤモジュールＭＪ）が実現する。また、反射部材ＢＫにおける反射面ＭＲの材質も特に限定されない。例えば、窪んだ反射部材ＢＫ内にアルミニウムを蒸着することで反射面ＭＲが形成されてもよい。

また、光路変更素子ＰＲの材質も特に限定されない。ただし、反射部材ＢＫ同様、樹脂（エポキシ樹脂等）であれば、軽量化が実現する。なお、光路変更素子ＰＲは、金型に樹脂を流し込んで成型加工することにより、反射部材ＢＫに取り付けられる。

また、光拡散素子ＤＦの材質も特に限定されず、拡散材料を含むものであればよい。なお、光拡散素子ＤＦは、金型に樹脂を流し込んで成型加工により形成され、紫外線硬化樹脂を介して、反射部材ＢＫに取り付けられる。

また、ＬＥＤΓ１の発光色も特に限定されない。例えば、赤色発光のＬＥＤΓ１ｒ、緑色発光のＬＥＤΓ１ｇ、または青色発光のＬＥＤΓ１ｂであってもよい。ただし、ＬＥＤモジュールＭＪ内のＬＥＤΓ１の個数が３個以上の場合、それらのＬＥＤΓ１には、少なくとも、赤色発光のＬＥＤΓ１ｒ、緑色発光のＬＥＤΓ１ｇ、青色発光のＬＥＤΓ１ｂが含まれているとよい。

このようになっていると、赤色、緑色、および青色の光を混色することで、あらゆる色の光（白色光等）の生成が可能になる（なお、各色のＬＥＤΓ１に供給される電力調整によって各色の発光量が変化し、それによって、あらゆる光が生成可能になっている）。

ただし、ＬＥＤモジュールＭＪに含まれるＬＥＤΓ１の個数は３個以上に限定されるものではない。すなわち、１個のＬＥＤΓ１を搭載するＬＥＤモジュールＭＪであっても、２個のＬＥＤΓ１を搭載するＬＥＤモジュールＭＪであってもよい。なぜなら、ＬＥＤモジュールＭＪの用途は多種多様であるので、１色発光のＬＥＤモジュールＭＪも想定されるし、２個のＬＥＤΓによる混色を発光するＬＥＤモジュールＭＪも想定されるためである。

なお、ＬＥＤΓ１が２個の場合、それら２個のＬＥＤΓ１・Γ１は、赤色発光のＬＥＤΓ１ｒ、緑色発光のＬＥＤΓ１ｇ、および青色発光のＬＥＤΓ１ｂのうち、互いに異なる色の組み合わせで構成されているとよい。このようになっていると、混色が可能になるためである。

また、図７等のように、第２のＬＥＤΓ２が搭載されるＬＥＤモジュールＭＪでは、第１のＬＥＤΓ１同様に、第２のＬＥＤΓ２が、赤色発光のＬＥＤΓ２ｒ、緑色発光のＬＥＤΓ２ｇ、または青色発光のＬＥＤΓ２ｂであるとよい。

特に、第１のＬＥＤΓ１の個数が２個、第２のＬＥＤΓ２の個数が１個で、合計３個のＬＥＤΓが搭載されている場合（図７等参照）、それらの合計３個のＬＥＤΓには、赤色発光のＬＥＤΓ（Γｒ）、緑色発光のＬＥＤΓ（Γｇ）、青色発光のＬＥＤΓ（Γｂ）が含まれているとよい。このようになっていれば白色発光が可能になるためである。

なお、白色発光可能なＬＥＤモジュールＭＪであっても、図４等に示すような楕円球の一部含む曲面（反射面ＭＲ・ＭＲ）を２つ並列させたような反射部材ＢＫは、図２に示すような反射面ＭＲ・ＭＲ・ＭＲを放射状に配置させた反射部材ＢＫに比べて、幅（Ｙ方向の幅）を狭めることができ、ＬＥＤモジュールＭＪのサイズが比較的コンパクトになりやすい。

また、反射面ＭＲは完全な楕円球の一部を含む形状であれば最も望ましいが、不完全な楕円球の一部を含む形状であってもよい。極力、楕円球に近いような曲面であれば、楕円球の一方の焦点Ｐ１からのＬＥＤΓ１の光は、他方の焦点Ｐ２に集光しようとするためである。また、以上では、ＬＥＤΓ１およびＬＥＤΓ２のサイズが、反射面ＭＲのサイズに対して小さいものを前提として説明してきた。しかし、両ＬＥＤΓのサイズが、反射面ＭＲのサイズに対して大きかったとしても、説明してきたＬＥＤモジュールＭＪの作用効果が生じる。

また、ＬＥＤモジュールＭＪにおけるＬＥＤΓ（Γ１・Γ２）は、各々独立して発光可能になっている。そのため、実装前に、各ＬＥＤΓの光度および色度が確認できる。そのため、相性のよい３色のＬＥＤΓを組み合わせることができたり、ＬＥＤΓ間の個体差を抑えたりすることもできる。

最後に、上記で開示された技術を適宜組み合わせて得られる実施形態についても、本発明の技術的範囲に含まれることはいうまでもない。

は、３個の第１のＬＥＤが搭載されたＬＥＤモジュールの斜視図である。 は、図１の平面図および断面図である。 は、２個の第１のＬＥＤが搭載されたＬＥＤモジュールの斜視図である。 は、図３の平面図および断面図である。 は、１個の第１のＬＥＤが搭載されたＬＥＤモジュールの斜視図である。 は、図５の平面図および断面図である。 は、２個の第１のＬＥＤと、１個の第２のＬＥＤとが搭載されたＬＥＤモジュールの平面図および断面図である。 は、２個の第１のＬＥＤが搭載されるとともに、隆起部分が含まれるＬＥＤモジュールの平面図および断面図である。 では、（Ａ）は鏡面反射の理論を示す説明図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示される理論を反射部材に応用した場合の説明図である。 は、図８に示される隆起部分の先端に第２のＬＥＤが搭載されたＬＥＤモジュールの平面図および断面図である。 は、２個の第１のＬＥＤが搭載されるとともに、光路変更素子が搭載されるＬＥＤモジュールの平面図および斜視図である。 は、図８に示される隆起部分の先端の上部に、光路変更素子が搭載されるＬＥＤモジュールの平面図および断面図である。 は、図１２に示される隆起部分の先端に第２のＬＥＤが搭載されたＬＥＤモジュールの平面図および断面図である。 は、２個の第１のＬＥＤが搭載されるとともに、光拡散素子が搭載されるＬＥＤモジュールの平面図および斜視図である。 は、２個のＬＥＤが搭載されるとともに、反射面に制御平面が設けられたＬＥＤモジュールの平面図および斜視図である。 は、図８に示される反射面に制御平面が設けられたＬＥＤモジュールの平面図および斜視図である。 は、図１０に示される反射面に制御平面が設けられたＬＥＤモジュールの平面図および斜視図である。 は、図１３に示される反射面に制御平面が設けられたＬＥＤモジュールの平面図および斜視図である。 は、バックライトユニットの分解斜視図である。

符号の説明

ＭＪ ＬＥＤモジュール（発光モジュール）
ＭＲ 反射面
ＢＫ 反射部材
Γ ＬＥＤ（発光素子）
Γ１ 第１のＬＥＤ
Γ２ 第２のＬＥＤ
Ｐ１ 楕円球の焦点
Ｐ２ 楕円球の焦点
ＲＧ 隆起部分
ＳＵ 隆起側面
ＰＲ 光路変更素子
ＲＦ 素子屈折面
ＤＦ 光拡散素子
ＳＭＲ 制御平面
１１ ＬＥＤモジュールアレイ（発光モジュールアレイ）
２９ バックライトユニット

Claims (28)

1. 第１の発光素子と、
   この第１の発光素子からの光を反射させる反射面を有する反射部材と、
   を含む発光モジュールにあって、
   上記反射面は、その反射面を境に上記第１の発光素子側に曲率中心を有する楕円球の少なくとも一部を含む曲面である発光モジュール。
2. 上記第１の発光素子は、上記反射面における楕円球の焦点の１カ所に位置している請求項１に記載の発光モジュール。
3. 上記反射面は、上記の楕円球における長軸と同方向に沿って分割された楕円球状の一部を含む曲面である請求項１または２に記載の発光モジュール。
4. 上記第１の発光素子がｎ個（ｎ＝２以上の自然数）搭載されている場合、
   上記反射部材は、第１の発光素子の個数と対応する数の反射面をつなげ合わせている請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光モジュール。
5. 上記第１の発光素子の各々が、対応する反射面における楕円球の焦点の１カ所に位置しており、
   上記反射部材は、各反射面における楕円球の残りの焦点を重なり合うように、それら反射面をつなげ合わせている請求項４に記載の発光モジュール。
6. 上記第１の発光素子からの光は、上記反射面を介して、上記の残りの焦点に集光している請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光モジュール。
7. 上記反射面によって反射する光の進行側に向けて、直接光を出射させる第２の発光素子が含まれている請求項１〜６のいずれか１項に記載の発光モジュール。
8. 上記第２の発光素子の光の出射進行先が、上記第１の発光素子の位置していない焦点である請求項７に記載の発光モジュール。
9. 上記反射面が、上記反射部材の一面を窪ませた内面であり、その窪む方向を窪み方向とする場合、
   上記第２の発光素子は、上記窪み方向において、第１の発光素子の位置していない焦点に重畳する反射面に位置している請求項７または８に記載の発光モジュール。
10. 上記反射部材には、上記反射面の底から隆起する隆起部分が含まれており、
    上記隆起部分は、自身を除く上記反射面からの反射光を屈折させることで光路を変更させている請求項１〜９のいずれか１項に記載の発光モジュール。
11. 上記隆起部分は、２つの焦点の間に位置するとともに、隆起先を先細らせた先細り形状であり、さらに、各々の上記第１の発光素子からの光に対応する隆起側面を有しており、
    上記の各隆起側面は、各々の上記第１の発光素子からの光を１カ所に集光させている請求項１０に記載の発光モジュール。
12. 上記第２の発光素子が、上記反射面の底から隆起する隆起部分の先端に位置している請求項１０または１１に記載の発光モジュール。
13. 上記反射面からの反射光を受光し、その反射光の光路を変更させる光路変更素子が含まれている請求項１〜１２のいずれか１項に記載の発光モジュール。
14. 上記光路変更素子は、
    上記反射光の少なくとも一部を屈折進行させる素子屈折面を有し、上記素子屈折面を表面かつ側面とする先細り形状になっており、
    その先細った端部を上記反射面に向けることで、素子屈折面をその反射面に対して俯かせている請求項１３に記載の発光モジュール。
15. 上記光路変更素子は、上記素子屈折面を各第１の発光素子からの光に対応させており、
    上記の各素子屈折面は、各々の上記第１の発光素子からの光を同一方向に向かせている請求項１４に記載の発光モジュール。
16. 上記光路変更素子は、上記素子屈折面を各第１の発光素子からの光に対応させており、
    上記の各素子屈折面は、各々の上記第１の発光素子からの光を１カ所に集光させている請求項１４に記載の発光モジュール。
17. 上記反射面からの反射光を受光し、その反射光を拡散させる光拡散素子が含まれている請求項１〜１６のいずれか１項に記載の発光モジュール。
18. 上記反射面が、上記反射部材の一面を窪ませた内面であり、その窪む方向を窪み方向とする場合、
    上記反射部材は、反射面を構成する曲面内に、上記の楕円球における長軸に平行であるとともに、上記窪み方向にも平行な制御平面を少なくとも１面形成させている請求項１〜１７のいずれか１項に記載の発光モジュール。
19. 上記制御平面が、上記長軸を境にした両端に形成されている請求項１８に記載の発光モジュール。
20. 上記第１の発光素子が、赤色発光素子、緑色発光素子、または青色発光素子である請求項１〜１９のいずれか１項に記載の発光モジュール。
21. 上記第１の発光素子が２個の場合、
    それら２個の発光素子は、赤色発光素子、緑色発光素子、およびは青色発光素子のうち、互いに異なる色の組み合わせで構成されている請求項１〜１９のいずれか１項に記載の発光モジュール。
22. 上記第１の発光素子の個数が３個以上の場合、
    それらの第１の発光素子には、少なくとも、赤色発光素子、緑色発光素子、青色発光素子が含まれている請求項１〜１９のいずれか１項に記載の発光モジュール
23. 上記第２の発光素子が、赤色発光素子、緑色発光素子、または青色発光素子である請求項７〜９、および請求項７を引用する請求項１０〜１９のいずれか１項に記載の発光モジュール。
24. 上記第１の発光素子の個数が２個、上記第２の発光素子の個数が１個で、合計３個の発光素子が搭載されている場合、
    それらの合計３個の発光素子には、赤色発光素子、緑色発光素子、青色発光素子が含まれている請求項７〜９、および請求項７を引用する請求項１０〜１９のいずれか１項に記載の発光モジュール。
25. 上記の発光素子がＬＥＤである請求項１〜２４のいずれか１項に記載の発光モジュール。
26. 請求項１〜２５のいずれか１項に記載の発光モジュールを並列させて搭載する発光モジュールアレイ。
27. 請求項２６に記載の発光モジュールアレイを搭載したバックライトユニット。
28. 請求項２７のバックライトユニットを搭載した液晶表示装置。

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