JP2005005264A - 照明装置及び導光体並びに液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 光源と、該光源の光を側端面から内部に導入し、内部を伝搬する前記光を出射面から出射させる導光板12とを備え、導光板12の出射面に、導光板12内部の伝搬光を反射させて前記出射面側に出射させるためのプリズム形状が形成され、導光板12の出射面と反対側の面には、保護層15が積層されたことを特徴とする照明装置を採用する。
【選択図】 図3
Description
図12は、これら従来の照明装置を備えた液晶表示装置の断面構造を示す図である。図13及び図14は、図12に示すフロントライトの導光状態を説明するための説明図である。
また、液晶パネル120において、符号121は上基板、符号122は下基板、符号123は液晶層、符号124はシール材である。また、液晶パネル120には、図示略の反射板が下基板122の外面側又は内面側に設けられている。
またフロントライトカバー130は、導光板の突条114を保護するものであって導光板112の上方に配置されており、透明材料、誘電体層などにより構成されている。フロントライトカバー130は導光板112から僅かに離間して配置されており、これによりフロントライトカバー130と導光板112との間には空気層131が形成されている。
また、フロントライトカバー130と導光板112とがそれぞれ別個に必要であり、液晶表示装置を構成する部品点数が増加して部品コストが増大するといった問題もあった。
また本発明は、入光面から導入された光を効率よく均一に出射面に伝搬させることができる導光板を提供することを目的としている。
さらに本発明は、上記の照明装置を備え、コントラストが高く、高輝度で表示品質に優れる液晶表示装置を提供することを目的としている。
本発明の照明装置は、光源と、該光源の光を側端面から内部に導入し、内部を伝搬する前記光を出射面から出射させる導光板とを備え、前記導光板の出射面に、該導光板内部の伝搬光を反射させて前記出射面側に出射させるためのプリズム形状が形成され、前記導光板の出射面と反対側の面には、保護層が積層されたことを特徴とする。
更に、導光板に保護層が直接積層されているため、導光板と保護層との間に空気層が形成されず、このため従来のような後方散乱光の発生が少なくなり、輝度を高めることができる。
また、保護層は従来のフロントライトカバーに比べて薄く形成されているので、保護層自体による光吸収を少なくすることができ、輝度を高めることができる。
このような構成とすることで、外部光が導光板に入射する際に生じる後方散乱光が少なくなり、コントラスト比を高めることができる。
このような構成とすることで、保護層自体による光吸収を少なくすることができ、輝度を高めることができる。
このような構成とすることで、多層膜の各層が、膜厚10〜150nm(100〜1500Å)程度のSiO2,TiO2,ZrO2等の金属酸化物或いはアートン、ポリカーボネート、ポリウレタン、アクリル、脂環状樹脂からなる多層膜であって、単層から複数層積層した構成をとることができる。
このような構成とすることで、前記伝搬光を出射面から出射させる導光板を容易に構成することができる。前記突条は、前記斜面部を有していればその形状に特に限定はない。
このような構成とすることで、突条の斜面部に入射する光が前記斜面部を透過して漏れ出る光となるのを効果的に防止することができ、前記斜面部で反射されて被照明体を照明する光量を増加させることができ、高輝度の照明装置を提供することができる。
このような構成とすることで、前記斜面部を透過して漏洩する光量をより効果的に低減することができ、高輝度の照明装置を提供することができる。
このような構成とすることで、前記斜面部により前記伝搬光を効率よく導光板の出射面側へ出射させることができる照明装置が得られる。
従って、この伝搬光の角度分布に応じて斜面部の傾斜角度を設定することで、より均一な照明光を得ることができる。
このような構成とすることで、突条の頂部が平坦部とされていることで、前記両斜面部以外の出射面に入射した伝搬光が外側へ漏れ出にくくなるので、前記斜面部により反射されて意図した方向へ進行する光の割合を増加させることができ、実質的に照明装置の輝度を高めることができる。
また本発明に係る照明装置は、前記突条が、断面視くさび状に形成された構成としてもよい。
上記傾斜角度は、前記導光板の水平基準面と前記斜面部との成す角度である。
このような構成とすることで、前記斜面部に入射する光を効率よく反射させることができ、高輝度の照明装置とすることができるとともに、前記斜面部における漏れ光を低減でき、フロントライトに用いた場合に、高コントラストの表示を得やすくなる。
このような構成とすることで、前記バー導光体によりその延在方向に均一に光が伝搬されるので、導光板側端面に入射する光が前記側端面内で均一に分布された状態となり、その結果導光板の出射面内での光量分布を均一化することができる。
係る導光体によれば、側端面から導入した光を効率よく出射面から出射させることができ、点光源を用いて面発光させるための素子として好適な導光体を提供することができる。上記導光体は、光源の配設面と、出射面とが交差する向きに配置されていれば、平板状、棒状等の種々の形状に適用することができる。
更に、導光板に保護層が直接積層されているため、導光板と保護層との間に空気層が形成されず、このため従来のような後方散乱光の発生が少なくなり、輝度を高めることができる。
また、保護層は従来のフロントライトカバーに比べて薄く形成されているので、保護層自体による光吸収を少なくすることができ、輝度を高めることができる。
このような構成とすることで、高輝度の表示が得られる液晶表示装置を提供することができ、特に、前記照明装置を液晶パネル前面に配設するならば、従来に比して高コントラストの表示が得られる液晶表示装置を提供することができる。
また、保護層を積層することでフロントライトカバーを省略することができ、部品点数を削減できる。
更に、導光板に保護層が直接積層されているため、導光板と保護層との間に空気層が形成されず、このため従来のような後方散乱光の発生が少なくなり、輝度を高めることができる。
また、保護層は従来のフロントライトカバーに比べて薄く形成されているので、保護層自体による光吸収を少なくすることができ、輝度を高めることができる。
図1は、本発明の一実施の形態であるフロントライトを備えた液晶表示装置の斜視構成図であり、図2は、図1に示す液晶表示装置の断面構成図である。また、図3は、図2に示すフロントライトの導光状態を説明するための部分断面構成図である。本実施形態の液晶表示装置は、図1及び図2に示すように、フロントライト(照明装置)10と、その背面側(図示下面側)に配設された液晶パネル20とを備えて構成されている。
また、図2に示すように、導光板12の液晶パネル側面(図示下面)12bは、導光板12の側端面12aと略平行に延在する複数の突条14が配列形成された、断面略鋸刃状とされている。
更に、図2に示すように、導光板12の液晶パネル側面と反対側の面(図示上面)12cには、保護層15が積層されている。
上記構成の液晶表示装置は、液晶パネル20の表示領域20D上に導光板12が配置され、この導光板12を透過して液晶パネル20の表示を視認できるようになっている。また、外光が得られない暗所では、発光素子45を点灯させ、この発光素子45から出射された光をバー導光体13を介して導光板12の入光面12aから導光板内部へ導入し、導光板内部を伝搬する光(伝搬光)を導光板12の図示下面(出射面)12b側から液晶パネル20へ向けて出射させ、液晶パネル20を照明するようになっている。
そして、導光板12内部を図3では左側(バー導光体13側)から右側へ伝搬する光を、出射面12bの急斜面部14bにより出射面12b側へ反射して導光板12の背面側に配置された液晶パネル20に向けて出射させるようになっている。
また、この保護層15は防反射層を兼ねていて、外部から導光板12に入射する外部光の後方散乱を抑制して、液晶表示装置のコントラスト比を高めている。
保護層15の厚みは、0.05μm以上100μm以下の範囲が好ましく、0.1μm以上10μm以下の範囲がより好ましい。保護層15の厚みが0.05μmより薄いと、導光板12に傷が発生し易くなるので好ましくなく、厚みが100μmを越えると、保護層15による光吸収量が増大し、液晶表示装置の輝度が低下してしまうので好ましくない。
尚、本発明者は上記急斜面部14bの傾斜角の最適化によりフロントライト10の照明光量を増加させ得ることを検証しており、後述の実施例に詳述している。
尚、突条14のピッチP及び高さhは、必ずしも出射面12bの面内で一定とする必要はなく、これらを変化させて突条14を形成しても本発明の技術範囲を超えるものではない。また、それぞれの突条14の傾斜角度θ1及びθ2を変化させて突条14を形成しても本発明の技術範囲を超えるものではない。
更に、導光板12の観察者側の面に保護層15が積層されているので、導光板12に傷等が付くおそれがない。また、保護層15を積層することで従来のフロントライトカバーを省略することができ、部品点数を削減できる。
反射層27は、液晶表示パネル20に入射した外光やフロントライト10の照明光を反射させるためのアルミニウムや銀などの高反射率の金属薄膜からなる反射膜を備えるものであり、特定の方向で反射光が強くなり液晶表示装置の視認性が低下するのを防止するための光散乱手段を備えることが好ましい。この光散乱手段としては、反射膜に凹凸形状を付与したものや、樹脂膜中に樹脂膜を構成する材料と異なる屈折率の樹脂ビーズを分散させた散乱膜等を用いることができる。
従って、本発明の液晶表示装置によれば、フロントライト10を点灯させた反射表示において、高輝度、高コントラストの高品質の表示が得られる。
また、観察側の最上面がフラットな面となっているため、入力装置を配置する際に光の透過性が良くなったり、安定な設置が可能になるというメリットもある。
上記実施の形態では、導光板出射面12bのプリズム形状として、突条14を断面くさび状とし、出射面12bを断面視鋸刃状とした形状を備えたフロントライトについて説明したが、この出射面12bのプリズム形状は、先の形状に限定されず、前記急斜面部を利用して効率よく照明光を出射できる構造を有していればよい。図6は、本発明に係る照明装置の他の実施形態である、断面略台形状の突条が複数配列形成された断面略矩形波状の出射面12bを有する導光板を備えたフロントライトの部分断面構造を示す図である。
導光板32はその下面側が出射面32bとされ、出射面32bと反対側が対向面32cとされており、出射面32bには紙面垂直方向に延在する複数の突条34が配列形成されており、対向面32cは平坦面とされている。また出射面と反対側の対向面32cには上記実施形態の保護層15と同一構成の保護層35が積層されている。
隣接する突条34,34間は、平坦面に形成された底面部34dとされており、本実施形態のフロントライトでは、前記第1、第2斜面部34b、34c以外の出射面32bの平面領域は、突条34の平坦部34aとともに水平基準面zと平行な平坦面となるように形成されている。
上記第2斜面部34cの傾斜角θ3は、40°以上60°以下の範囲とすることが好ましい。上記範囲とすることで、第1斜面部34bから漏れ出る光が少なくなり、フロントライトの輝度を高めることができる。
また、斜面部34b、34c以外の出射面32bの平面領域が平坦面とされていることで、導光板32内部を伝搬する光が斜面部以外の面から漏れ出にくい構造となっており、光源の利用効率を高めて照明光の輝度を向上させることができる。
次に本発明に係るフロントライトの別の形態について図面を参照して説明する。図7にはフロントライトの断面構成図を示し、図8には、図7に示すフロントライトを備えた液晶表示装置の使用例の断面構成図を示す。
このフロントライト210は、図7に示すように、略平板状の透明の導光板212と、その側端面212aに沿って配設されたバー導光体213と、バー導光体213の長さ方向の少なくとも一方の端面に配設された図示略の発光素子と、を備えて概略構成されている。また導光板212の上面12cには、先に説明した図2および図3と同様に保護層が設けられている。なお図7においては保護層の図示を省略している。
更に、この薄板部212dには前述の側端面212aが含まれており、この側端面212aには薄板部212dと同じか若しくは薄い厚みのバー導光体213が取り付けられている。
また、カバー部材の凹部214aを区画する一対の板片部214b,214bの厚みが、先の導光板212の段部212eの段差とほぼ同じ大きさとされている。これにより、カバー部材214がバー導光体213および導光板212にはめ合わされた際に、カバー部材214の上面214cおよび下面214dがそれぞれ、導光板212の反対側面12cおよび出射面12bとの間で同一面が形成されるように構成されている。すなわち、カバー部材214が導光板212と同一面を形成している。なお、カバー部材214の厚みは導光板の厚みよりも僅かに薄くしても良い。
また、カバー部材214がバー導光体213および導光板212に装着された場合でも、導光板212の上面である反対側面12cとカバー部材214の上面214cとが同一面を形成するので、導光板212の厚み方向にカバー部材214が張り出されることがない。これにより、図8に示すように、本実施形態のフロントライト210を液晶パネル20とともに携帯電話等の機器に搭載させた場合に、フロントライト210を保護するための機器側の透明カバー300と、フロントライト210のカバー部材214とが相互に干渉するおそれがない。このため、フロントライト210と透明カバー300との間に隙間が生じることがなく、機器の薄型化を図ることができる。
図9には、フロントライトのその他の形態の一例を示す。この図9に示すフロントライト310は、図7の場合と同様に導光板212とバー導光体213とカバー部材214とから概略構成されている。そして、導光板212の出射面12b側に防反射層317が積層されている。
そして、この防反射層317が蒸着されていることで、導光板212内部を伝搬する光が出射面12bに入射した際に反射光がほとんど生じず、効率よく液晶パネル20を照明できるようになっている。また、出射面12bの内面側での反射がほとんど生じないことで、出射面12bで反射された光が使用者に到達することにより生じる白化現象を抑え、コントラストを向上させて表示品質を向上させることができる。
また、反射型の液晶パネル20により反射された光が、導光板212の出射面12bに入射する際にも、この防反射層317が有効に作用し、高い透過率で液晶パネル20の反射光を透過させ、結果として高輝度の表示が得られるようになっている。これは、液晶パネル20の反射光が、導光板212の出射面12bで反射されると表示光の一部が損失されて輝度が低下することとなり、また出射面12bでの反射により導光板212の白化がおこるために表示のコントラストが低下することとなるが、本発明に係る導光板212では、防反射層317が設けられていることで、上記の現象を防止することができるためである。
上記凸部307のピッチは、小さくするほど防反射層317の透過率を高めることができるが、0.2μm以下の極微細な凸部307を、均一な寸法で配列形成するのは困難であり、製造コストの増加の原因となるため、実用的には凸部307のピッチの下限値は、0.2μm程度である。
導光板212面内の主導光方向は、図11A,Bに示すように、本実施形態のフロントライト310のように導光板212の側端面12aに棒状のバー導光体213が配設されている場合には、バー導光体213の光出射面から導光板212側端面に向かう方向(導光板側端面12aからこの側端面12aの対向面に向かう方向)とされる。
また、図11Aにおいて、凸部307の実効ピッチPeは、図示上下方向において、隣接する凸部307のピッチPと等しく、図11Bの上下方向では、図示斜め方向に隣接する凸部307,307の中心間の図示上下方向の距離が実効ピッチPeとされ、実際のピッチPの1/2に等しくなる。
このように、図11Aに示す正方格子状の配列よりも図11Bの千鳥格子状の配列の方が、凸部307の実効ピッチPeを小さくすることができ、この実効ピッチPeが最小となる方向と、導光板212の主導光方向を平行にすることで、防反射層317における光の反射をより生じ難くすることができ、防反射層317において透過/反射した光が色づいて液晶表示装置の色再現性が低下するのを防止することができる。
従って、図11に示す正方格子状に凸部307を配列させた場合でも、導光板212の主導光方向が図示上下方向の時、凸部307の配列方向を図示斜め45°方向とすることで実効ピッチPeを小さくすることができる。逆に、図11Bに示す千鳥格子状の配列としても、主導光方向が図示上下方向の場合に、図に示す配置ではなく、例えば凸部107の配列方向が図示左右方向となるように(隣接する凸部307の中心同士を結ぶ直線の向きが図示左右方向となるように)配置した場合には、図示上下方向での実効ピッチPeが凸部307のピッチPと等しくなるため、実効ピッチPeが最小となるように配置した場合よりも防反射効果が低下することとなる。
(実施例1)
本例では、図1から図3に示す新規形状の導光板と、図12に示す従来形状の導光板について、伝搬光を出射させるための斜面部の傾斜角を、伝搬光の入射角に対して最適化した場合の出射光量と漏れ光量の比較を行った。
表1は、本例で比較した導光板の各部のパラメータをまとめて示す表であり、この表において新規形状は図3に示す導光板、従来形状は図12に示す導光板を示している。また、新規形状におけるθ1,θ2は、図3に示す傾斜角をそれぞれ示し、従来形状におけるθ1,θ2は、図12に示す傾斜角をそれぞれ示している。また、導光板の大きさは、70mmW×50mmL×1.0mmtで共通とし、材質はいずれもアクリル樹脂とした(屈折率を1.48とした)。
次いで、上記条件で、各形状の導光板の入光面から1Lumenの光束を入射させた際に、LCD側(液晶パネル側)に出射される光束と、観察者側に出射される光束とを計算した結果を表1に併記する。表1から明らかなように、本発明の構成を有する新規形状の導光板では、LCD側へ出射される光束が従来形状に比して大幅に増加しており、更に、観察者側に漏れ出る光束が著しく低減されることが確認された。特に、急斜面部14bの傾斜角θ2を45°〜50°の範囲とすれば、照明輝度が高く、漏れ光量が少ない導光板が得られることが確認された。
次に、図3に示す本発明に係る導光板12の出射面12bに形成された突条14と、図12に示す従来の導光板112の上面に形成された突条14とにおける、導光板内部から入射する伝搬光に対する反射特性を比較した。比較結果を以下の表2〜表5に示す。表2及び表3は、本発明に係る導光板である新規形状のものの反射特性であり、表4及び表5が従来形状のものの反射特性である。また、表2及び表4は、導光板の構成材料をアートン(商品名:JSR社製)とした場合の結果であり、表3及び表5は導光板の構成材料をアクリル樹脂とした場合の結果である。
本例では、図1から図3に示す新規形状の本発明の導光板と、図12に示す従来形状の導光板を用いた液晶表示装置について、輝度とコントラストの比較を行った。
新規形状3の導光板として、図3に示す傾斜角θ1を2.8°、θ2を45°とし、導光板の大きさを70mmW×50mmL×1.0mmtとし、材質をアクリル樹脂とし(屈折率を1.48とした)、導光板に積層する保護層を厚さ500Å(50nm)のウレタンアクリレート系ハードコート剤を紫外線硬化させたものを用いた。
また従来形状3の導光板として、図12に示す傾斜角θ1を2.8°、θ2を45°とし、導光板の大きさを70mmW×50mmL×1.0mmtとし、材質をアクリル樹脂(屈折率1.48)とし、更にフロントライトカバーを省略したものを用いた。
また従来形状4の導光板として、図12に示す傾斜角θ1を2.8°、θ2を45°とし、導光板の大きさを70mmW×50mmL×1.0mmtとし、材質をアクリル樹脂(屈折率1.48)とし、フロントライトカバーとして厚さ1.2mmのアクリル板を用いた。
Claims (14)
- 光源と、該光源の光を側端面から内部に導入し、内部を伝搬する前記光を出射面から出射させる導光板とを備え、
前記導光板の出射面に、該導光板内部の伝搬光を反射させて前記出射面側に出射させるためのプリズム形状が形成され、
前記導光板の出射面と反対側の面には、保護層が積層されたことを特徴とする照明装置。 - 前記保護層が防反射層であることを特徴とする請求項1に記載の照明装置。
- 前記保護層が透明材料層からなることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の照明装置。
- 前記保護層が誘電体層を含む多層膜からなることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の照明装置。
- 前記プリズム形状が、前記出射面に形成された複数の突条により構成され、前記突条の前記伝搬光の進行方向側に斜面部が形成されたことを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の照明装置。
- 前記斜面部に入射する伝搬光の進行方向と、該伝搬光の反射光の進行方向との成す角度が鈍角であることを特徴とする請求項5に記載の照明装置。
- 前記斜面部に入射する伝搬光の進行方向と、該伝搬光の反射光の進行方向との成す角度が、90°以上150°以下とされたことを特徴とする請求項6に記載の照明装置。
- 前記斜面部の内面が、前記出射面の外面側を向くように形成されたことを特徴とする請求項5ないし請求項7のいずれかに記載の照明装置。
- 前記突条が、その頂部に平坦部が形成された断面視略台形状とされたことを特徴とする請求項5ないし請求項7のいずれかに記載の照明装置。
- 前記突条が、断面視くさび状に形成されたことを特徴とする請求項5ないし請求項7のいずれかに記載の照明装置。
- 前記斜面部の傾斜角度が、40°以上60°以下とされたことを特徴とする請求項5ないし請求項9のいずれかに記載の照明装置。
- 前記光源が、前記導光板の側端面に沿って配設されたバー導光体と、該バー導光体の端面部に配設された発光素子とを備えたことを特徴とする請求項1ないし請求項10のいずれかに記載の照明装置。
- 光を内部に導入するための側端面と、該側端面から導入されて内部を伝搬する前記光を出射させる出射面とを有し、前記側端面と出射面とが互いに交差する向きに形成されており、
前記出射面に、当該導光板内部の伝搬光を反射させて前記出射面側に出射させるための突条が複数形成され、前記突条が、その伝搬光進行方向側に斜面部を有し、
前記導光板の出射面と反対側の面には、保護層が積層されたことを特徴とする導光体。 - 請求項1ないし請求項12のいずれかに記載の照明装置を、液晶パネルの前面又は背面に備えたことを特徴とする液晶表示装置。
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