CN104806925A - 面光源装置及使用该面光源装置的显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及面光源装置及显示装置。面光源装置具有：光源；使从光源射出的光从端面入射，并使入射后的光从外周面射出的、平行配置的多个导光棒；以及使从导光棒射出的光漫射的同时使其透射的漫射板。导光棒包括沿导光棒的轴配置在导光棒表面，使在导光棒内进行了导光的光散射、反射或透射的光控制部。另外，在以自导光棒的中心而与漫射板的延伸方向垂直的垂线方向为0°的情况下，从导光棒射出的光的强度的峰值角为30～90°。

Description

面光源装置及使用该面光源装置的显示装置
技术领域
本发明涉及面光源装置及使用该面光源装置的显示装置。
背景技术
作为中空结构的侧光方式(edge-lit type)的面光源装置的光源，已知有使用发光二极管(以下称为“LED”)的光源。这种面光源装置中，为了对从LED射出的光的配光进行控制，有时将LED与柱状或管状的导光部件进行组合而使用(例如，参照专利文献1)。
专利文献1中，公开了具有配置于底面的反射板、配置在反射板之上的多个棒状光源以及配置在多个棒状光源之上的偏光板的背光源(面光源装置)。棒状光源具有：在其外周面配置了多个光收集点的管体；以及配置于管体的两端的光源。
专利文献1中记载的背光源中，从光源射出的光在管体内行进后，从光收集部被放出。从光收集部向底面放出的光，由反射板向偏光板的方向反射。另一方面，从光收集部向顶面放出的光直接到达偏光板。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-069499号公报
发明内容
专利文献1中记载的背光源中，光收集部配置于管体的整个外周面，光从管体的整个外周面均匀地射出。其结果，在发光面(偏光板的表面)中容易出现如下状况，即，管体的正上方的辉度相对高，管体之间的辉度相对低。为了消除上述问题，在专利文献1中记载的背光源中，将棒状光源无间隙地配置在反射板之上，并且将棒状光源与偏光板充分分离而配置。但是，若无间隙地配置棒状光源，则需要较多的棒状光源，制造成本增大。而且，若将棒状光源与偏光板充分分离而配置，则使装置大型化。
本发明的目的在于提供一种即使将装置小型化的同时减少光源和导光棒的数量，也能够提高发光面的辉度的均匀度的面光源装置。另外，本发明的另一目的在于提供一种使用了该面光源装置的显示装置。
为了实现上述目的，本发明的面光源装置具有：光源；导光棒，其使从所述光源射出的光从端面入射，并使入射后的光从外周面射出；以及漫射板，其使从所述导光棒射出的光漫射的同时使其透射，所述导光棒包括光控制部，该光控制部沿所述导光棒的轴配置在所述导光棒的表面，并且进行以下动作中的至少一个：使在所述导光棒内进行了导光的光的一部分散射的同时使其向内部反射；和使光的一部分散射的同时使其向外部透射，在与所述导光棒的轴正交的剖面中，在将自所述导光棒的中心而与所述漫射板的延伸方向垂直的垂线方向设为0°的情况下，从所述导光棒射出的光的强度的峰值角为30～90°。
另外，本发明的显示装置具有：上述的面光源装置；以及由从所述面光源装置的所述漫射板射出的光照射的显示部件。
本发明的面光源装置即使将装置小型化的同时减少发光元件和导光棒的数量，也能够提高发光面的辉度的均匀度。因此，与以往的显示装置相比，本发明的显示装置的辉度不均较少。
附图说明
图1A、图1B是表示本发明的一实施方式的面光源装置的结构的图；
图2A、图2B是表示本发明的一实施方式的面光源装置的结构的图；
图3是用于说明周向的角度的图；
图4A、图4B是面光源装置中的光路图；
图5是表示周向的角度与光度的关系的曲线图；
图6A、图6B是表示周向的角度与光度的关系的曲线图；
图7是表示周向的角度与光度的关系的曲线图；
图8A、图8B是表示面光源装置中的测定位置与辉度的关系的曲线图；
图9A、图9B是表示面光源装置中的测定位置与辉度的关系的曲线图；
图10是表示面光源装置中的测定位置与辉度的关系的曲线图；以及
图11A、图11B是表示比较例的面光源装置的结构和辉度的测定结果的图。
符号说明
100、100’  面光源装置
110  壳体
111  顶板
112  底板
113、114、115、116  侧板
117  开口部
120  基板
130  反射部件
140 140’  发光装置
141  发光元件
142  导光棒
143  光控制部
150  漫射板
241  扩展透镜
具体实施方式
以下，参照附图详细地说明本发明的面光源装置的实施方式。本发明的面光源装置通过与液晶面板等显示部件组合，能够作为显示装置使用。
[面光源装置的结构]
图1A、图1B和图2A、图2B是表示本发明的一实施方式的面光源装置100的结构的图。图1A是面光源装置100的俯视图，图1B是面光源装置100的主视图。图2A是图1B所示的A-A线的剖面图，图2B是图2A所示的B-B线的剖面图。图3是用于说明周向的角度θ的图。图4A、图4B是面光源装置中的光路图。
如图1A、图1B和图2A、图2B所示，面光源装置100具有壳体110、反射部件130、多个发光装置140和漫射板150。
壳体110为用于在其内部容纳反射部件130和多个发光装置140的、一个面的至少一部分敞开的长方体状的箱。壳体110由顶板111、与顶板111相对的底板112、连接顶板111和底板112的四个侧板113～116构成。顶板111形成有成为发光区域的长方形的开口部117(参照图2B)。该开口部117被漫射板150遮盖。开口部117的大小相当于形成在漫射板150的发光区域(发光面)的大小，例如为400mm×700mm。底板112与漫射板150是平行配置的。对于从底板112的表面到漫射板150的高度(空间厚度)h不进行特别的限制，但是为10～25mm左右。此外，本实施方式中，空间厚度h为15mm。而且，壳体110例如由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚碳酸酯(PC)等树脂，或者不锈钢或铝等金属等构成。
发光装置140具有基板120、发光元件141和导光棒142(参照图2B)。以从发光装置140射出的光的光轴与底板112的表面平行的方式，分别配置多个发光装置140。
基板120为矩形状的平板，以安装有发光元件141和导光棒142的状态配置于壳体110内。对于基板120的数量不进行特别的限制。本实施方式中，配置了多个基板120，各基板120上配置有一个发光元件141和一个导光棒142。对于配置基板120的方向不进行特别的限定。既可以沿着彼此相对的两个侧板113、115以规定的间隔分别配置基板120，也可以沿着彼此相对的两个侧板114、116以规定的间隔分别配置基板120。本实施方式中，将多个基板120沿着各侧板113、115，在底板112上以等间隔各配置了9个。
发光元件141是面光源装置100(和发光装置140)的光源。固定(安装)在基板120上的发光元件141配置为，其发光面与导光棒142的端面相对。发光装置140既可以具有一个发光元件141，也可以具有两个发光元件141。在是前者的情况下，以仅与导光棒142的一个端面相对的方式配置发光元件141。在是后者的情况下，以分别与导光棒142的端面相对的方式配置两个发光元件141。本实施方式中，两个发光元件141配置于导光棒142的两端。发光元件141例如是白色发光二极管等发光二极管(LED)。
导光棒142是对从发光元件141射出的光进行导光，并将进行了导光的光向外部射出的导光部件。以其中心轴与从发光元件141射出的光的光轴平行，而且不与反射部件130接触的方式，配置导光棒142。即，在导光棒142与反射部件130之间配置有空气层。对于导光棒142的与中心轴正交的方向的剖面形状，没有特别的限制。本实施方式中，导光棒142的与中心轴正交方向的剖面形状为圆形或大致圆形。另外，对于该圆形的直径也不进行特别的限制，为3～20mm左右。本实施方式中，圆形的直径是8mm。另外，对于导光棒142的长度也不进行特别的限制，可以根据发光面的大小适当地设定。本实施方式中，导光棒142的长度是69cm。对于导光棒142的材料，只要是能够对从发光元件141射出的光进行导光的透光性材料，不进行特别的限制。导光棒142的材料的例子中包括丙烯酸树脂等。
本发明的面光源装置100中，根据导光棒142的周向，对来自导光棒142的外周面的出射光的光量进行调整，由此实现了漫射板150的外表面(发光面)中的辉度的均匀。图3是用于说明周向的角度θ的图。如图3所示，在与导光棒142的中心轴(轴)正交的剖面中，在将自导光棒142的中心而与漫射板150的延伸方向垂直的垂线方向设为0°的情况下，本发明的面光源装置100的导光棒142在周向的角度θ为50°以上的方向存在射出的光的强度的峰值。在以后的说明中，若不特别地记载，则角度的记载是指“周向的角度θ”。在光的强度(光度)的峰值角不到30°的情况下，在发光面中，在导光棒142的正上方部分产生明部。为了使光的强度的峰值角为30°以上，需要在规定的位置配置光控制部143。
光控制部143进行以下至少一者：使在导光棒142内进行了导光的光的一部分散射的同时使其向内部反射；以及使光的一部分散射的同时使其向外部透射。光控制部143沿中心轴在导光棒142的外周面的一部分配置为带状。另外，未配置有光控制部143的导光棒142的外周面为光滑的曲面。对于光控制部143的形状，不进行特别的限制。光控制部143的形状既可以是曲面，也可以是平面，本实施方式中，光控制部143的形状为曲面。在光控制部143为曲面的情况下，既可以在相应部位涂敷发挥上述功能的涂料来形成光控制部143，也可以使该部位粗糙化来形成光控制部143。另一方面，在光控制部143为平面的情况下，也可以切削该部位来形成光控制部143。另外，与光控制部143为曲面的情况相同地，既可以涂敷涂料，也可以使其粗糙化。
在外周面中，从导光棒142的中心轴方向的一方的端部到另一方的端部，既可以以相同的宽度形成光控制部143，也可以以不同的宽度形成光控制部143。对于光控制部143的宽度一定的情况，以及光控制部143的宽度变化的情况的两中情况，优选光控制部143的最小宽度为导光棒142的直径的5～50％左右。本实施方式中，从一端到另一端以相同宽度形成控制部143。对于光控制部143的宽度，不进行特别的限制。本实施方式中，光控制部143的宽度为0.5～1.5mm左右。
优选导光棒142的表面中的光控制部143的位置在75～120°的范围内。这里，如图3所示，“光控制部的位置位于周向角度θ的位置”是指，在与导光棒142的轴正交的剖面中，光控制部143的中心位于周向角度θ的位置。如图4A、图4B所示，可以理解，若光控制部143配置在规定的角度范围内，则从导光棒142射出的光的大部分朝向自正上方离开的位置。即，在与导光棒142的轴正交的剖面中，从导光棒142射出的光的大部分以通过漫射板150和反射部件130之间的方式射出，因此，在导光棒142的正上方部分不易产生明部。
另外，对于光控制部143的数量，不进行特别的限制。光控制部143既可以是1个，也可以是2个。具体而言，在光控制部143为一个的情况下，既可以将光控制部143配置在从导光棒142的正上方部分沿顺时针绕到周向角度θ的位置，也可以配置在从导光棒142的正上方部分沿逆时针绕到周向角度θ的位置。本实施方式中，在从导光棒142的正上方部分沿顺时针及逆时针绕到周向角度θ的位置分别配置有光控制部143。当在面光源装置100中使用形成有一个光控制部143的导光棒142的情况下，能够通过使其靠近某一方侧板进行配置来提高均匀度。
反射部件130是用于将从发光装置140(导光棒142)射出的光向漫射板150漫射和反射的矩形状的平板。反射部件130配置在底板112上。此外，底板112也可以具有使光反射的功能。在该情况下，底板112的与发光装置140(导光棒142)相对的面形成为反射面。
漫射板150使从导光棒142射出的光漫射的同时使其透射。以覆盖壳体110的开口部117的方式配置漫射板150。对于漫射板150的结构，只要能发挥上述功能，不进行特别的限制。漫射板150的结构的例子中包括在漫射片之上配置了两种辉度提高薄膜的结构、在辉度提高薄膜上进一步配置了漫射片的结构、以及仅为漫射片的结构等。
(効果)
如上所述，在与导光棒142的轴正交的剖面中，在将导光棒142的正上方设为0°的情况下，本发明的面光源装置100的从导光棒142射出的光的强度的峰值角为30°以上。由此，从导光棒142射出的光的大部分以通过漫射板150和反射部件130之间的方式射出。由此，在面光源装置100中，不会在导光棒142的正上方部分产生明部，漫射板150上的辉度不均较少。
另外，由于从导光棒142射出的光的大部分以通过漫射板150和反射部件130之间的方式射出，因此能够使导光棒142之间明亮。由此，能够减少发光元件141和导光棒142的数量。另外，由于能够减小反射部件130和漫射板150的间隔，因此能够使装置小型化。
此外，虽然未特别地进行图示，但是，在与导光棒142的轴正交的剖面中，也可以在相邻的两个导光棒142之间，还具有以随着远离导光棒142而向漫射板150接近的方式配置的反射部件。在该情况下，漫射板150和反射部件130的间隔随着远离导光棒142而变窄。由此，能够使面光源装置100中的辉度不均减小。
另外，上述实施方式中，示出了具有多个基板120的发光装置140，但是基板也可以是一个。在该情况下，基板的大小例如为与底板112相同程度。另外，在基板120上配置多个导光棒142。
另外，上述实施方式中，示出了具有多个基板120的发光装置140，但是基板也可以是一个。在该情况下，基板的大小例如为与侧板113、115(或侧板114、116)相同程度。另外，也可以在安装了多个发光元件141的基板120上直接或通过固定部件来安装多个导光棒142，并在将发光元件141、导光棒142和基板120作为发光装置140而一体化的状态下配置于壳体110内。
另外，导光棒142既可以固定于基板120上，也可以固定于壳体110的侧板113、115(或侧板114、116)、底板112上。
以下，参照实施例详细地说明本发明，但是，本发明并不限制于这些实施例。
实施例
1.周向角度θ与光的光度的关系
图5表示周向角度θ与从导光棒142射出的光的光度的关系。图5的横轴表示周向角度(θ1；°)。而且，纵轴表示从导光棒142射出的光的光度(l1；cd)。所使用的面光源装置的参数为，发光装置：一个；反射部件130和导光棒142的间隔：1mm；导光棒142的直径D：8mm；光控制部143的宽度：1.5mm；底板112和漫射板150的间隔h：15mm；测定位置：导光棒142的中央部的周围。另外，本测定中使用了在±60°、±75°、±90°、±105°、±120°的位置配置有光控制部143的导光棒142。图5中，粗实线L1是使用了在±60°配置有光控制部143的导光棒142的情况下的曲线。粗虚线L2是使用了在±75°配置有光控制部143的导光棒142的情况下的曲线。细实线L3是使用了在±90°配置有光控制部143的导光棒142的情况下的曲线。细虚线L4是使用了在±105°配置有光控制部143的导光棒142的情况下的曲线。单点划线L5是使用了在±120°配置有光控制部143的导光棒142的情况下的曲线。
如图5所示，在±60°配置有光控制部143的导光棒142中，光的强度的峰值为±0°(P1)，不到±30°。另一方面，在±75°、±90°、±105°、±120°配置有光控制部143的导光棒142中，光的强度的峰值(P2～P5)为±30～90°的范围内。这是由于-90°～+90°的范围内是能够测定的范围，若能够对导光棒142的全部周向进行测定，则根据图4A、图4B所示的光路图，可以容易地推测朝向反射部件130侧的出射光中也出现了峰值。这里，“光的强度的峰值”是指，与周围的角度区域相比，特别地强的峰值。因此，即使如在±75°、±90°那样光控制部143在±0°附近呈现了最大强度的情况下，其也为平缓的变化而不是特别的强度，所以不将其作为峰值处理。
2.光控制部143的宽度对射出的光的周向角度θ与光的光度的关系的影响
图6及和图7是表示射出的光的周向角度θ与射出的光的光度的关系的曲线图。图6A是表示当在±75°配置有光控制部143的情况下，射出的光的周向角度θ与射出的光的光度的关系的曲线图。图6B是表示当在±90°配置有光控制部143的情况下，射出的光的周向角度θ与射出的光的光度的关系的曲线图。图7是表示当在±105°配置有光控制部143的情况下，射出的光的周向角度θ与射出的光的光度的关系的曲线图。
图6A、图6B和图7中的横轴表示射出的光的周向角度(θ2～θ4；°)。而且，纵轴表示从导光棒142射出的光的光度(l2～l4；cd)。所使用的面光源装置的参数为，发光装置140：一个；反射部件130和导光棒142的间隔：1mm；导光棒的直径D：8mm；底板112和漫射板150的间隔：15mm；测定位置：导光棒142的中央部分。另外，本测定中，使用了具有0.5、1.0、1.5mm的宽度的光控制部143的导光棒142。另外，作为比较，对不具有反射部件130的面光源装置也进行了同样的测定。
图6A中的L6、L7和L8是使用了具有反射部件130的本发明的面光源装置100的结果，图6A中的L9、L10和L11是使用了不具有反射部件的比较例的面光源装置的结果。图6A中的粗实线L6是使用了光控制部143的宽度为0.5mm的导光棒142的情况下的曲线。粗虚线L7是使用了光控制部143的宽度为1.0mm的导光棒142的情况下的曲线。粗单点划线L8是使用了光控制部143的宽度为1.5mm的导光棒142的情况下的曲线。细实线L9是使用了光控制部143的宽度为0.5mm的导光棒142的情况下的曲线。细虚线L10是使用了光控制部143的宽度为1.0mm的导光棒142的情况下的曲线。细单点划线L11是使用了光控制部143的宽度为1.5mm的导光棒142的情况下的曲线。此外，粗单点划线L8与图5所示的粗虚线L2相同。
图6B中，仅使用了具有反射部件130的面光源装置。图6B中的实线L12是使用了光控制部143的宽度为0.5mm的导光棒142的情况下的曲线。虚线L13是使用了光控制部143的宽度为1.0mm的导光棒142的情况下的曲线。单点划线L14是使用了光控制部143的宽度为1.5mm的导光棒142的情况下的曲线。此外，虚线L13与图5所示的粗单点划线L3相同。
图7中的L15、L16和L17是使用了具有反射部件的面光源装置的结果，图7中的L18、L19和L20是使用了不具有反射部件的面光源装置的结果。图7中的粗实线L15是在使用了光控制部143的宽度为0.5mm的导光棒142的情况下的曲线。粗虚线L16是在使用了光控制部143的宽度为1.0mm的导光棒142的情况下的曲线。粗单点划线L17是在使用了光控制部143的宽度为1.5mm的导光棒142的情况下的曲线。细实线L18是在使用了光控制部143的宽度为0.5mm的导光棒142的情况下的曲线。细虚线L19是在使用了光控制部143的宽度为1.0mm的导光棒142的情况下的曲线。细单点划线L20是在使用了光控制部143的宽度为1.5mm的导光棒142的情况下的曲线。
如图6A、图6B和图7所示，导光棒142中的光的光度的峰值角不依赖于光控制部143的宽度W。
3.漫射板150上的光的辉度分布
图8～图10是表示漫射板150上的测定位置与漫射板150上的辉度的关系的曲线图。图8A是使用了在±60°配置有光控制部143的导光棒142的情况下的曲线图。图8B是使用了在±75°配置有光控制部143的导光棒142的情况下的曲线图。图9A是使用了在±90°配置有光控制部143的导光棒142的情况下的曲线图。图9B是使用了在±105°配置有光控制部143的导光棒142的情况下的曲线图。图10是使用了在±120°配置有光控制部143的导光棒142的情况下的曲线图。另外，本辉度分布测定中，对使漫射板150距底板112的距离变化的情况也进行了确认。图8～图10中，实线是在使用了底板112和漫射板150的间隔为15mm的面光源装置的情况下的曲线。虚线是使用了底板112和漫射板150的间隔为20mm的面光源装置的情况下的曲线。单点划线是使用了底板112和漫射板150的间隔为25mm的面光源装置的情况下的曲线。进一步，对关于面光源装置100的发光区域(发光面)的大小也将与导光棒142的轴正交的方向变更为500mm，并在距离漫射板150的端部为250mm的位置配置了一个发光装置140的情况进行了测定。
图8A、图8B、图9A、图9B和图10中的横轴表示漫射板150上的测定位置(D1～D5；mm)。而且，纵轴表示漫射板150的上表面的辉度(L1～L5；cd/m2)。所使用的面光源装置的参数为，发光装置140：一个；反射部件130和导光棒142的间隔：1mm；导光棒142的直径D：8mm；导光棒142的长度：69cm；测定方向：与导光棒142的轴正交的方向。此外，从相当于距离漫射板150的端部为5mm的位置的位置进行了测定。
如图8A、图8B、图9A、图9B和图10所示，使用了光控制部143不在75～120°的范围内的导光棒142的面光源装置中，明部(峰部)与暗部(底部)的差比较大。另一方面，如图9B所示，可知，使用了光控制部143在75～120°的范围内的导光棒142的面光源装置中，明部(峰部)与暗部(底部)的差较小，而且射出的光在与导光棒142的轴正交的方向扩展。另外，可知，使用了在120°形成有光控制部143的导光棒142的面光源装置中，虽然明部的强度较高，但是由于分为了两个山，所以根据漫射板150的漫射效率或者从反射部件130到漫射板150的距离等，容易实现均匀化。
接着，对配置了多个上述导光棒142的面光源装置100中的辉度分布进行了测定。此外，作为比较，对直下型的面光源装置也进行了同样的测定。图11A是表示比较例的面光源装置的结构的图，图11B是辉度分布的测定结果。图11B的横轴表示与漫射板150的端部的距离(y；mm)，纵轴表示相对辉度(rl；％)。图11B中的实线表示比较例的面光源装置的测定结果。而且，图11B的虚线表示本发明的面光源装置(参照图2)的测定结果。
所使用的本发明的面光源装置100的参数为，发光装置140：9个；反射部件130和导光棒142的间隔：1mm；导光棒142的直径D：8mm；导光棒142的长度：69cm；底板112和漫射板150的间隔：15mm；漫射板：第一漫射层、层叠在第一漫射层之上的两层的辉度提高薄膜层、以及层叠在辉度提高薄膜层之上的第二漫射层；测定方向：与导光棒142的轴正交的方向(面光源装置的中央部分)。此外，从相当于距离漫射板150(开口部117)的端部为5mm的位置的位置进行了测定。
如图11A所示，测定中所使用的比较例的面光源装置100’的发光装置具有：以向与基板120垂直的方向射出光的方式配置的多个发光元件141；以及配置于从发光元件141射出的光的光轴上的、控制从发光元件141射出的光的配光的多个扩展透镜241。在使用了比较例的面光源装置100’的情况下的光的强度(辉度)的测定位置为，发光装置140的正上方部分(参照图11B的虚线)。其他的参数与本发明的面光源装置100的参数相同。
如图11B所示，具有扩展透镜的比较例的面光源装置100’中，在中央部分，光的强度存在不均。另一方面，使用了导光棒142的本发明的面光源装置100中，在漫射板150上，射出的光的强度的不均较少。由此可知，本发明的面光源装置100中，发光面中的辉度不均较小。
工业实用性
本发明的面光源装置例如对液晶显示装置的背光源或面照明装置等是有用的。

Claims (5)

1.一种面光源装置，具有：
光源；
导光棒，其使从所述光源射出的光从端面入射，并使入射后的光从外周面射出；以及
漫射板，其使从所述导光棒射出的光漫射的同时使其透射，
所述导光棒包括光控制部，该光控制部沿所述导光棒的轴配置在所述导光棒的表面，并且进行以下动作中的至少一个：使在所述导光棒内进行了导光的光的一部分散射的同时使其向内部反射；和使光的一部分散射的同时使其向外部透射，
在与所述导光棒的轴正交的剖面中，在将自所述导光棒的中心而与所述漫射板的延伸方向垂直的垂线方向设为0°的情况下，从所述导光棒射出的光的强度的峰值角为30～90°。
2.根据权利要求1所述的面光源装置，其中，
在所述剖面中，在将自所述导光棒的中心而与所述漫射板垂直的垂线方向设为0°的情况下，在75～120°之间配置有所述光控制部。
3.根据权利要求1或2所述的面光源装置，其中，
在隔着所述导光棒而与所述漫射板相对的位置，还配置有使从所述导光棒射出的光向所述漫射板反射的反射部件，
在所述导光棒和所述反射部件之间具有空气层。
4.根据权利要求3所述的面光源装置，其中，
所述漫射板和所述反射部件的间隔随着远离所述导光棒而变窄。
5.一种显示装置，具有：
权利要求1～4中的任一项所述的面光源装置；以及
受到从所述面光源装置的所述漫射板射出的光照射的显示部件。
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