JP2003207779A - 面状照明装置 - Google Patents

面状照明装置

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JP2003207779A
JP2003207779A JP2002005934A JP2002005934A JP2003207779A JP 2003207779 A JP2003207779 A JP 2003207779A JP 2002005934 A JP2002005934 A JP 2002005934A JP 2002005934 A JP2002005934 A JP 2002005934A JP 2003207779 A JP2003207779 A JP 2003207779A
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Shingo Suzuki
信吾 鈴木
Shinichi Niwa
真一 丹羽
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Minebea Co Ltd
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Minebea Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 先送り光の低減の防止を図ることができる面
状照明装置を提供する。 【解決手段】 板状導光体6の下面11と反射型液晶表
示素子2との間には偏光板26が設けられ、偏光板26
は粘着層27を介して板状導光体6に貼り付けられ、板
状導光体6と粘着層27との間には選択反射膜28が介
装されている。選択反射膜28の反射率は、入射角0°
近傍で小さい値であり、入射角40°以上で大きくなる
ようにされている。板状導光体6の一側端面7から板状
導光体6内部に入射した光のうち選択反射膜28に入射
角40°(所定角)以上の角度で入射する光は、当該選
択反射膜28で反射されるので、板状導光体6の他側端
面29側に先送り可能となる。このため、先送り光の低
減を防止でき、ひいては板状導光体6における光源と反
対側(他側端面29側)が暗くなるようなことを防止で
きる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、看板や各種表示装
置等の照明手段に用いられる面状照明装置に係り、特に
液晶表示装置に用いられる面状照明装置に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】低消費電力で動作する液晶表示装置は、
薄型、軽量等の特徴があるので、主にコンピュータ用途
を中心とした表示装置としての需要が増大している。液
晶表示装置の構成部材である液晶は、自ら発光しないた
め、ブラウン管等の発光型素子と異なり、画像を観察す
るための照明手段が必要である。特に、近年の画像の高
精細化およびカラー化の要求の中では、液晶表示装置と
して高輝度の面状背面光源を付加した構成が通常であ
る。しかしながら、この面状背面光源を点灯させるため
には、過大な電力が必要とされるため、低消費電力とい
う液晶の特徴を後退させてしまうという問題が生じる。
【0003】特に薄型、軽量の液晶表示装置の利点を生
かして、多く使用されている携帯用液晶機器において
は、液晶表示装置に付加される面状背面光源の点灯によ
って内部電源の消費が大きくなり、携帯中の使用時間が
極端に短くなってしまう欠点があった。
【0004】この問題を解決するべく周囲光を照明手段
として利用することによって、面状背面光源を設置しな
くても機能する反射型液晶表示素子が開発されており、
特に、近年における画像の高品質化の要求の中で、カラ
ー表示のための反射型液晶表示素子の需要が高まってい
る。カラー表示のための反射型液晶表示素子の最も基本
的な構成は、一面に透明電極を、他面に偏光板を設けた
平板状の二枚のガラス基板を形成し、その透明電極側が
所定間隔をおいて対向するようにガラス基板を配置し、
該ガラス基板間には液晶材料を満たす。さらに、観察面
側となるガラス基板にはカラーフィルタが、背面側にな
るガラス基板には高効率の反射板がそれぞれ設けられ
る。このとき背面側となるガラス基板の透明電極は、パ
ターンニングされており、所望の画像を実現するため
に、その透明電極にはスイッチング素子がそれぞれ接続
されている。
【0005】このような構成の反射型液晶表示素子は、
その背面に配置された反射板に入射する周囲の光を反射
させることによって画面が明るく照射され、画像を観察
することができる。
【0006】しかしながら、反射型液晶表示素子は、上
述のように反射板に入射する周囲光によって画面を照射
する構成なので、その表示品質が周囲の明るさ環境に左
右されることになる。特にカラー表示の反射型液晶にあ
っては、カラーフィルタ等を付加した構成にしなければ
ならないので、白黒液晶と比較してその反射率が低くな
る。したがって、画面に照射する光線が少ない(すなわ
ち、周囲が比較的暗い)状況では、画面の輝度が十分で
ないため、画像を観察するための補助照明が必要とな
る。
【0007】このような反射型液晶表示素子の好適な補
助照明手段の一例として、図4に示す面状照明装置があ
る。図4に示す面状照明装置1は、反射型液晶表示素子
2の表面(上面)に粘着層3を介して偏光板4を貼り付
け、偏光板4を貼り付けた反射型液晶表示素子2の表面
を覆うようにかつ所定の空間5を空けて板状導光体6を
配置し、板状導光体6の一側端面7に光源8を近接又は
接触配置し、前記板状導光体6の一面(上面)9に光反
射パターン10を形成している。この光反射パタ−ンに
より、光源8から前記板状導光体6に入射した光を、反
射型液晶表示素子2の全面に照射させることができる。
【0008】また、図4の装置は、偏光板4を反射型液
晶表示素子2に貼り付けているが、これに代えて、図5
に示すように、偏光板4を板状導光体6の下面(裏面)
11に貼り付けるようにすることも考えられる。偏光板
4を板状導光体6に貼り付けることにより、コントラス
トが向上する。すなわち、図4に示したように板状導光
体6の下面11に偏光板4がない場合には、光反射パタ
−ン10で反射した後反射型液晶表示素子2に向かって
ほぼ垂直に進む光の一部が板状導光体6と空気との界面
で反射し、その反射光は不要な光となって反射型液晶表
示素子2を介すことなく観察者側に到達するために、著
しくコントラスト特性を劣化させる。一方、図5に示し
たように板状導光体6の下面11に偏光板4を設けた場
合には、偏光板4と空気との界面で反射光が発生するこ
とになるが、偏光板4が染料系偏光板(吸収型偏光板)
であるために、反射光の50%は偏光板4を通過する間
に吸収されるため、観察者側に到達する反射光の量が低
減し、コントラストが向上することになる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】ところで、光源8から
遠い側(板状導光体6の光源8と反対側の部分)を照明
するためには、図6に示すように、板状導光体6内で全
反射を繰り返しながら、光線を先送りすることが必要と
なる。しかしながら、図5に示すように板状導光体6の
下面11に偏光板4を貼り付けると、図7に示すように
光源8から板状導光体6に入射した光の一部が板状導光
体6の下面11を通過して偏光板4の裏面で反射される
ので、光の反射毎に光が減衰し、その分先送り光が減少
し、光源8の反対側が暗くなる。
【0010】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、コントラストを劣化させることなく、先送り光の低
減の防止を図ることができる面状照明装置を提供するこ
とを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
反射型液晶表示素子の表面を覆うように偏光板を介して
板状導光体を配置し、該板状導光体の少なくとも一側面
に光源を近接又は接触配置し、前記板状導光体の上面に
光反射パターンを形成する面状照明装置において、前記
偏光板は粘着層を介して前記板状導光体に貼り付けら
れ、前記板状導光体と前記粘着層との間には、所定の入
射角以上で反射率が大きい値となる選択反射膜を介在さ
せたことを特徴とする。請求項2記載の発明は、請求項
1に記載の構成において、前記板状導光体は屈折率が略
1.5から1.6までの樹脂材で構成され、前記所定の
入射角は40°以上の値とされることを特徴とする。請
求項3記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載の構
成において、選択反射膜は単層又は2層以上の誘電体膜
からなることを特徴とする。請求項4記載の発明は、請
求項3に記載の構成において、前記選択反射膜のうち一
層は前記板状導光体よりも屈折率が小さい誘電体膜であ
ることを特徴とする。ここで、前記選択反射膜のうち一
層は、前記選択反射膜が単層膜の場合は当該単層膜その
ものをいう。請求項5記載の発明は、反射型液晶表示素
子の表面を覆うように偏光板を介して板状導光体を配置
し、該板状導光体の少なくとも一側面に光源を近接又は
接触配置し、前記板状導光体の上面に光反射パターンを
形成する面状照明装置において、前記偏光板は粘着層を
介して前記板状導光体に貼り付けられ、前記粘着層は前
記板状導光体に比して屈折率が小さい材料からなること
を特徴とする。請求項6記載の発明は、請求項5に記載
の構成において、前記粘着層の屈折率をN1、前記板状
導光体の屈折率をN2としたとき、1.05≦N2/N
1≦1.15であることを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明の第1実施の形態に係る面
状照明装置を図1ないし図3に基づいて説明する。な
お、図4〜図7と同等の部分、部材については図4〜図
7と同等の符号を付し、その説明は、適宜、省略する。
【0013】図1及び図2において、面状照明装置1A
は、下面側に反射板15を有した反射型液晶表示素子2
の前面(図中上面)Fを覆うように配置され、反射型液
晶表示素子2の表示面部に表側(図1上側)から光を当
て、その表示面部の反射光を表側(図1上側)に案内
し、すなわちフロントライト機能を発揮し、表示面部の
画像情報を使用者が観察できるようになっている。
【0014】この面状照明装置1Aは、透光性材料であ
る屈折率が1.58のポリカーボネート(PC)樹脂か
らなる略四角形状の板状導光体6と、透光性材料からな
る棒状導光体16と、発光ダイオード(LED)からな
る点状光源17,17とを備えて構成されている。板状
導光体6は、その板厚が1mmに設定されている。本実
施の形態では棒状導光体16及び点状光源17,17か
ら光源を構成している。板状導光体6は、その一面(以
下、上面という。)9が観察面とされ、他面側(以下、
下面という。)11が反射型液晶表示素子2に対面して
配置される。板状導光体6には、ポリカーボネート(P
C)樹脂に代えて、アクリル樹脂(屈折率1.49)、
フッ素化アクリル樹脂、透明シリコンゴムおよび非晶質
フッ素樹脂等を用いるようにしてもよい。
【0015】前記棒状導光体16は、その一側面18を
板状導光体6の一側端面7に近接又は接触させて配設さ
れ、点状光源17,17のそれぞれは棒状導光体16の
両端面19,19に別個に配置されている。棒状導光体
16における前記一側面18と反対側の側面(他側面)
20には、点状光源17,17からの光を板状導光体6
の一側端面7に均一に入射させる光路変換手段21が形
成されている。光路変換手段21は、断面形状がほぼ三
角形の多数の溝部22と、隣接する溝部22,22間に
形成された平坦部23とで構成されている。
【0016】棒状導光体16を覆うように光反射部材
(リフレクタ)24が設けられている。光反射部材24
は金属板を略U字状に曲げ加工したものであり、その内
面側には棒状導光体16から放射される光を効率よく反
射させるために、銀などの金属を蒸着したフィルム(図
示省略)が貼り付けられている。
【0017】板状導光体6は、上面9に棒状導光体16
からの光を下面11に向けて反射する光反射パターン1
0を形成している。光反射パターン10は、断面形状が
三角形で板状導光体6の一側端面7と平行に延びる溝部
25を棒状導光体16から離れる方向に複数条、連続的
に形成して構成される。溝部25の深さは棒状導光体1
6から離れるに従って深くなるように構成されている。
【0018】光反射パターン10を設けることにより、
棒状導光体16から入射した光が、棒状導光体16から
の距離に左右されることなく板状導光体6の全体面で略
均一に反射され、板状導光体6の下部側に配置された反
射型液晶表示素子2の表示面部を良好に照射できるよう
にされている。
【0019】板状導光体6の下面11側と反射型液晶表
示素子2との間には偏光板26が設けられており、板状
導光体6が反射型液晶表示素子2の表面を覆うようにし
ている。偏光板26は基材がTAC(トリアセチルセル
ロース)からなる染料系材料であり、その厚さは200
μmに設定されている。
【0020】前記偏光板26は粘着層27を介して前記
板状導光体6に貼り付けられ、前記板状導光体6と前記
粘着層27との間には、誘電体の2層膜からなる選択反
射膜28を介在させる。粘着層27の厚みは25μmに
設定されている。
【0021】選択反射膜28は、1層目が厚さ0.1μ
mのTiO2膜(屈折率2.24)からなり、2層目が厚さ
0.1μmのMgF2膜(屈折率1.38)からなり、全体
で0.2μmの厚さとされている。選択反射膜28の反
射率は、入射角0°近傍では小さい値であり、入射角4
0°以上で大きくなるようにされている。選択反射膜2
8は、厚さが0.1μmのSiO2膜(屈折率1.45)か
らなる単層構造で構成してもよい。また、SiO2膜とその
他の誘電体薄膜からなる多層膜で構成してもよい。後述
する理論から、選択反射膜28に板状導光体6よりも小
さい屈折率を有する誘電体薄膜が含まれていれば、本発
明の効果を実施できるものである。
【0022】入射角40°以上で反射率が大きくなるよ
うにした選択反射膜28を用いているが、このように入
射角40°と定めた理由は次の通りである。すなわち、
図3に示すように、板状導光体6の屈折率nを略1.5
〜1.6とした場合、板状導光体6に入射角θ1が最大
90°で入光したことを想定すると、屈折角θ2は概略
0〜40°(絶対値)となり、全反射角θ3は概ね50
°以上となる。このため、板状導光体6の下面11に対
する入射角θ5は50°以上になる。上述したような特
性があることに基づいて、板状導光体6の下面11に対
する入射光を確実に反射するために、入射角40°以上
で反射率を大きくするように構成している。このように
選択反射膜28の反射率を設定しているために、入射角
40°以上の入射光を確実に反射し、ひいては先送り光
を多くすることができ、光量の減衰を抑えることができ
る。
【0023】このような面状照明装置1Aにおいて、点
状光源17,17からの光は、棒状導光体16内に入射
し、その棒状導光体16の他側面20に形成された光路
変換手段21により光路変換されて、板状導光体6の一
側端面7から板状導光体6内部に入射する。
【0024】入射した光は、板状導光体6内部で光反射
パターン10等による反射、屈折を繰り返しながら板状
導光体6の一側端面7と反対側の側端面(以下、他側端
面という。)29へ向かって進行するが、その間、板状
導光体6の下面11から出射する。これにより、板状導
光体6の下面11に近接又は接触して配置された反射型
液晶表示素子2が照明され、反射型液晶表示素子2によ
る発光(間接発光)表示が行われる。
【0025】この場合、板状導光体6に入射された光の
うち選択反射膜28に入射角40°以上の角度で入射す
る光は、当該選択反射膜28で反射されるので、板状導
光体6の他側端面29側に先送り可能となる。このた
め、先送り光の低減を防止でき、ひいては光源の反対側
が暗くなるようなことを防止できる。
【0026】上記実施の形態において、選択反射膜28
を廃止し、即ち、偏光板26を粘着層27を介して板状
導光体6に直接に接合し、かつ粘着層27を板状導光体
6に比して屈折率が小さい(両者の屈折率の差が所定値
以上となる)材料から構成するようにしてもよい(第2
実施の形態)。すなわち、板状導光体6の下面11に接
する粘着層27の屈折率をN1、板状導光体6の屈折率
をN2とすると、板状導光体6の下面11における反射
率Rは次式で示される。
【0027】 R=[sin2(i−r)/sin2(i+r)+tan2(i−r)/tan2(i+r)]×1 00(%) … … ……(1) N1/N2=sini/sinr … … …(2) ここで、iは入射角度、rは屈折角度である。
【0028】上記式から、粘着層27の屈折率N1と板
状導光体6の屈折率N2の差が大きいほど、反射率Rの
入射角度依存性が大きくなり、すなわち、垂直入射(入
射角度0°近傍)での反射率を比較的小さく保ちなが
ら、入射角度が大きい(入射角度40°以上)場合の反
射率を大きくすることができる。本第2実施の形態で
は、板状導光体6の屈折率N2=1.58に対して粘着
層27の屈折率N1=1.40としており、粘着層27
の屈折率N1が板状導光体6の屈折率N2より小さくな
っている。このため、反射率Rが大きくなり、その分、
先送り光の低減を防止でき、ひいては板状導光体6の他
側端面29側が暗くなるようなことを防止できる。
【0029】なお、前記第1、第2実施の形態では、光
反射パターン10を断面三角形状の溝部25を連続的に
設けて構成した場合を例にしたが、この光反射パターン
10に代えて、板状導光体6の一側端面7と平行に延び
る断面形状がほぼ三角形の多数の溝部と、隣接する溝部
間に形成された平坦部とから構成される光反射パターン
を用いるようにしてもよい。
【0030】
【実施例】前記第2実施の形態(図1及び図2の面状照
明装置1Aにおいて選択反射膜28を廃止して構成され
る面状照明装置)において、粘着層27の屈折率N1及
び板状導光体6の屈折率N2の照明光に与える影響等を
明確にするために、当該面状照明装置(第2実施の形
態)を備える反射型液晶表示素子2(図1参照)の前面
Fが白けた状態になるか否か、及び、照明光の均一性に
ついて、調査した。板状導光体6にはポリカーボネート
樹脂の平板(サイズ:240mm×160mm,板厚3
mm,屈折率N2=1.59)を使用した。また、粘着
層27には屈折率N1がそれぞれ異なる素材1〜6を用
いた。この調査によって、次の第1調査一覧に示す結果
を得た。
【0031】(A) 第1調査一覧〔板状導光体6の屈折率N2=1.59〕 (1)素材1(N1=1.59) 〔N2/N1=1.0〕: ⇒ 照明光の均一性:×、 前面Fの白け具合:○ (2)素材2(N1=1.49) 〔N2/N1=1.07〕: ⇒ 照明光の均一性:○、 前面Fの白け具合:○ (3)素材3(N1=1.42) 〔N2/N1=1.12〕: ⇒ 照明光の均一性:○、 前面Fの白け具合:○ (4)素材4(N1=1.40) 〔N2/N1=1.14〕: ⇒ 照明光の均一性:○、 前面Fの白け具合:○ (5)素材5(N1=1.34) 〔N2/N1=1.19〕: ⇒ 照明光の均一性:○、 前面Fの白け具合:△ (6)素材6(N1=1.00) 〔N2/N1=1.59〕: ⇒ 照明光の均一性:○、 前面Fの白け具合:× 但し、○は製品として良好なもの、×は製品として使用
できないサンプル、△は前面Fの白け具合が良好とまで
はいかないものの比較的少ないものをいう。
【0032】また、N2=1.59の板状導光体6に代
えて、N2=1.49の板状導光体6を用い、上述した
のと同様にして、調査を行ったところ、次の第2調査一
覧に示す結果を得た。
【0033】(B) 第2調査一覧〔板状導光体6の屈折率N2=1.49〕 (1a)素材1(N1=1.59) 〔N2/N1=0.94〕: ⇒ 照明光の均一性:×、 前面Fの白け具合:○ (2b)素材2(N1=1.49) 〔N2/N1=1.0〕: ⇒ 照明光の均一性:×、 前面Fの白け具合:○ (3c)素材3(N1=1.42) 〔N2/N1=1.05〕: ⇒ 照明光の均一性:○、 前面Fの白け具合:○ (4d)素材4(N1=1.40) 〔N2/N1=1.06〕: ⇒ 照明光の均一性:○、 前面Fの白け具合:○ (5e)素材5(N1=1.34) 〔N2/N1=1.11〕: ⇒ 照明光の均一性:○、 前面Fの白け具合:○ (6f)素材6(N1=1.00) 〔N2/N1=1.49〕: ⇒ 照明光の均一性:○、 前面Fの白け具合:×
【0034】上記第1、第2調査一覧から明らかなよう
に、照明光の均一性および画面の白け具合について共に
良好な結果が得られるのは、N2/N1が1.05ない
し1.15の範囲内となる屈折率N1の粘着層27を使
用すれば良いことが判った。
【0035】
【発明の効果】請求項1から請求項4までのいずれかに
記載の発明によれば、反射型液晶表示素子の表面を覆う
ように偏光板を介して板状導光体を配置し、該板状導光
体の少なくとも一側面に光源を近接又は接触配置し、前
記板状導光体の上面に光反射パターンを形成する面状照
明装置において、前記偏光板は粘着層を介して前記板状
導光体に貼り付けられ、前記板状導光体と前記粘着層と
の間には、所定の入射角以上で反射率が大きい値となる
選択反射膜を介在させており、板状導光体の一側面から
板状導光体内部に入射した光のうち選択反射膜に所定角
以上の角度で入射する光は、当該選択反射膜で反射され
るので、板状導光体における光源と反対側に先送り可能
となる。このため、先送り光の低減を防止でき、ひいて
は板状導光体における光源と反対側が暗くなるようなこ
とを防止でき、照明精度の向上を図ることができる。
【0036】請求項5又は請求項6に記載の発明によれ
ば、偏光板は粘着層を介して板状導光体に貼り付けら
れ、前記粘着層は前記板状導光体に比して屈折率が所定
値以上小さい材料からなるので、板状導光体からの光に
対する粘着層の反射率が大きくなる。このため、先送り
光の低減を防止でき、ひいては板状導光体における光源
と反対側が暗くなるようなことを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施の形態の面状照明装置を示す
斜視図である。
【図2】図1の本発明の板状導光体、反射型液晶表示素
子及び偏光板を模式的に示す断面図である。
【図3】図1の選択反射膜の反射率特性を説明するため
の図である。
【図4】従来の面状照明装置の一例を模式的に示す断面
図である。
【図5】従来の他の面状照明装置を模式的に示す断面図
である。
【図6】従来技術の問題点を説明するための図である。
【図7】従来技術の他の問題点を説明するための図であ
る。
【符号の説明】
1A 面状照明装置 6 板状導光体 7 一側端面 26 偏光板 27 粘着層 28 選択反射膜 29 他側端面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G02F 1/1335 520 G02F 1/1335 520 // F21Y 101:02 F21Y 101:02 Fターム(参考) 2H091 FA08X FA14X FA23X FA41X FD04 FD06 FD14 FD22 FD23 LA11 LA18

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 反射型液晶表示素子の表面を覆うように
    偏光板を介して板状導光体を配置し、該板状導光体の少
    なくとも一側面に光源を近接又は接触配置し、前記板状
    導光体の上面に光反射パターンを形成する面状照明装置
    において、前記偏光板は粘着層を介して前記板状導光体
    に貼り付けられ、前記板状導光体と前記粘着層との間に
    は、所定の入射角以上で反射率が大きい値となる選択反
    射膜を介在させたことを特徴とする面状照明装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の構成において、前記板
    状導光体は屈折率が略1.5から1.6までの樹脂材で
    構成され、前記所定の入射角は40°以上の値とされる
    ことを特徴とする面状照明装置。
  3. 【請求項3】 請求項1又は請求項2に記載の構成にお
    いて、選択反射膜は単層又は2層以上の誘電体膜からな
    ることを特徴とする面状照明装置。
  4. 【請求項4】 請求項3に記載の構成において、前記選
    択反射膜のうち一層は前記板状導光体よりも屈折率が小
    さい誘電体膜であることを特徴とする面状照明装置。
  5. 【請求項5】 反射型液晶表示素子の表面を覆うように
    偏光板を介して板状導光体を配置し、該板状導光体の少
    なくとも一側面に光源を近接又は接触配置し、前記板状
    導光体の上面に光反射パターンを形成する面状照明装置
    において、前記偏光板は粘着層を介して前記板状導光体
    に貼り付けられ、前記粘着層は前記板状導光体に比して
    屈折率が小さい材料からなることを特徴とする面状照明
    装置。
  6. 【請求項6】 請求項5に記載の構成において、前記粘
    着層の屈折率をN1、前記板状導光体の屈折率をN2と
    したとき、1.05≦N2/N1≦1.15であること
    を特徴とする面状照明装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006058719A (ja) * 2004-08-23 2006-03-02 Fujitsu Kasei Kk 両面画像表示装置
JP2009529716A (ja) * 2006-03-10 2009-08-20 ルミナス ディバイシズ インコーポレイテッド Ledを含む液晶ディスプレイ・システム
CN106908992A (zh) * 2015-11-09 2017-06-30 精工爱普生株式会社 照明装置以及显示装置

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