JP2005044642A - 車載用液晶表示装置のバックライトユニット及びレンズシート - Google Patents

車載用液晶表示装置のバックライトユニット及びレンズシート Download PDF

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Abstract

【課題】
車載用液晶表示装置の使用に適した、視野角±35度にわたって輝度の高いバックライトユニット及び該バックライトユニットに用いるレンズシートを提供する。
【解決手段】
少なくとも導光体、2種類のプリズム列を有するレンズシートA、B及び光源を備えた車載用液晶表示装置に使用するバックライトユニットにおいて、導光体の上にレンズシートAがそのプリズム列が導光体と接する面に配されかつそのプリズム列が光源を配した導光体の長辺端面と直交するように配置され、レンズシートAの上にレンズシートBがそのプリズム列がレンズシートAと接する面とは反対側の面にレンズシートBのプリズム列がレンズシートAのプリズム列と直交するように配置され、かつ、レンズシートAのプリズムの頂角が155度〜172度、好ましくは165度であり、レンズシートBのプリズムの頂角が80度〜100度、好ましくは90度であるバックライトユニットである。
【選択図】図2

Description

本発明は、車載用液晶表示装置に使用されるバックライトユニット及びそのバックライトユニットに用いられるレンズシートに関するものである。更に詳しくは、車載用液晶表示装置に使用される、自動車の運転席及び助手席から見て、最適の輝度及び視野角をもったバックライトユニット及びそのバックライトユニットに用いるレンズシートに関するものである。
液晶表示装置は、テレビジョン、パソコン、カーナビ、携帯電話、その他電子機器に広く使用されている。また、情報処理量の増大化、ニーズの多様化、マルチメディア対応等に伴って、液晶表示装置の大画面化、高精細化が盛んに進められている。
このような液晶表示装置は、基本的にバックライト部と液晶表示素子部とから構成されている。バックライト部としては、液晶表示素子部の直下に光源を配置した直下方式のものや導光体の側端面に対向するように光源を配置したエッジライト方式のものがあり、液晶表示装置のコンパクト化の観点からエッジライト方式が多用されている。このエッジライト方式では、板状の導光体の側端面に対向するように光源を配置して、導光体の表面全体を発光させている。
液晶表示装置は、見る角度によりその輝度が変化するという性質がある。これに対して、例えば、特開2000−353413号公報、特開2003−139922号公報等に、広い視野角に亘って高い輝度を維持する方法が提案されている。一方、用途によっては液晶表示の視野角はそれほど広い範囲でなくてもよいものがある。例えば、特開平11−84111号公報、特開平8−271705号公報には、輝度が高いが視野角の小さい液晶表示装置用の面光源素子が提案されている。また、特開2001−195913号公報には、カーナビ用液晶表示装置のバックライトが提案されている。
特開2000−353413号公報 特開2003−139922号公報 特開平11−84111号公報 特開平8−271705号公報 特開2001−195913号公報
本発明は、特に、車載用液晶表示装置に使用するバックライトユニットであって、自動車の運転席及び助手席から見た場合の輝度が高く、かつ、輝度が均一になるような液晶表示装置に使用するバックライトユニット及びそのバックライトユニットに用いるレンズシートを提供しようとするものである。車載用液晶表示装置において、液晶表示装置からの出射光の輝度は、その表示面の法線からの角度で表した場合、0度から左右35度の範囲で高い輝度をもたせるのが最適である。本発明は、液晶表示装置の法線からの角度で表した場合、0度から左右35度にわたって、輝度が高く、かつ、ほぼ均一な輝度を有する、バックライトユニット及びそのバックライトユニットに用いるレンズシートを提供するものである。車載用液晶表示装置は、所謂カーナビとして多用されているものであり、同時に、カーナビとして使用しない場合には、テレビ、DVD、インターネットの閲覧用等の映像表示装置としても利用できるものである。
本発明の要旨は、少なくとも導光体、2種類のプリズム列を有するレンズシートA、B及び光源を備えた車載用液晶表示装置に使用するバックライトユニットにおいて、導光体の上にレンズシートAがそのプリズム列が導光体と接する面に配されかつそのプリズム列が光源を配した導光体の長辺端面と直交するように配置され、レンズシートAの上にレンズシートBがそのプリズム列がレンズシートAと接する面とは反対側の面にレンズシートBのプリズム列がレンズシートAのプリズム列と直交するように配置され、かつ、レンズシートAのプリズムの頂角が155度〜172度であり、レンズシートBのプリズムの頂角が80度〜100度であることを特徴とする、車載用液晶表示装置に使用するバックライトユニットである。また、前記レンズシートAのプリズムの頂角は、特に165度であることが好ましく、レンズシートBのプリズムの頂角は90度であることが好ましい。
更に、少なくとも導光体、2種類のプリズム列を有するレンズシートA、B及び光源を備えた車載用液晶表示装置に使用するバックライトユニットにおいて、導光体の上にレンズシートAがそのプリズム列が導光体と接する面に配されかつそのプリズム列が光源を配した導光体の長辺端面と直交するように配置され、レンズシートAの上にプリズムの頂角が80度〜100度、好ましくは90度のレンズシートBがそのプリズム列がレンズシートAと接する面とは反対側の面にレンズシートBのプリズム列がレンズシートAのプリズム列と直交するように配置された車載用液晶表示装置に使用するバックライトユニットに用いる、プリズムの頂角が155度〜172度、特に好ましくは165度のレンズシートである。
導光体、2種類のプリズム列を有するレンズシートA、B及び光源を備えた車載用液晶表示装置に使用するバックライトユニットにおいて、導光体の上にレンズシートAがそのプリズム列が導光体と接する面に配されかつそのプリズム列が光源を配した導光体の長辺端面と直交するように配置され、レンズシートAの上にレンズシートBがそのプリズム列がレンズシートAと接する面とは反対側の面にレンズシートBのプリズム列がレンズシートAのプリズム列と直交するように配置され、かつ、レンズシートAのプリズムの頂角を155度〜172度、特に好ましくは165度にすること、レンズシートBのプリズムの頂角を80〜100度、好ましくは90度にすることにより、車載用液晶表示装置に最適な液晶表示装置を得ることができる。即ち、本発明のバックライトユニットを使用することにより、視野角が液晶表示装置の法線からの角度で表して、0度から左右35度にわたって、高い輝度を得ることができる。自動車の運転席及び助手席から、車載用液晶表示装置の指示を容易に見ることができ、確認することができる。この液晶表示装置は、カーナビとして使用することができ、また、カーナビとして使用しない場合は、テレビ、DVD、インターネットの閲覧用等の映像表示装置としても利用することがもきる。
通常液晶表示装置に使用するバックライトユニットは、例えば、図3に示したように、導光体22、プリズム26の列をもつレンズシート21、光源23、24及び反射シート25から構成されている。必要に応じて、レンズシート21と導光体22との間に拡散シートが配置される。光源23、24は、線状の蛍光管が用いられ、導光体22の側端面に配置されている。光源は、導光体22の長辺側の側端面に配置されるものが多い。光源23、24は、図示していないが、リフレクターを備えている。リフレクターはその内面は放物線状の形状をなし、その焦点位置に光源が配置される。光源はここでは、管状の蛍光管を示したが、コ字状の蛍光管やL字状の蛍光管を2本組み合わせて使用されることもある。レンズシート21はその一方の面に光源23、24に直交してプリズム26を複数並べたプリズム列を配列している。プリズム26の頂角は80〜100度のものが多用されている。このようなバックライトユニットの輝度を図8に示した。即ち、図8は、導光体22、プリズム26の列をもつレンズシート21、光源23、24及び反射シート25からなるバックライトユニットについて輝度を測定したものである。図8において、Kはプリズム26の頂角が90度であるもの、Lはレンズシート21を除いたものである。図8の記号Aの輝度から分かるように、頂角90度のプリズムをもつレンズシート21を設けることにより、輝度は高くなるが、視野角が狭くなっている。ここで、角度は、バックライトユニットの面上に立てた法線からの角度で示している。また、プリズムは二等辺三角形状をしたもので、等辺の挟角がプリズムの頂角である。尚、以下の他の実施形態においても、輝度測定時の角度の採り方、プリズムの形状は同様である。
車載用液晶表示装置に使用するバックライトユニットとしては、図8のKよりは更に広い視野角が必要である。本発明者らは、視野角を拡げるために、バックライトユニットの構成として、図2に示したものを発明した。即ち、バックライトユニットは、導光体12、2枚のレンズシート11、15、反射シート17及び光源13、14から構成されている。光源13、14は、線状の蛍光管が用いられ、導光体12の側端面に配置されている。光源として、直線上の光源の他に、コ字状の光源やL字状の光源を用いることもできる。光源13、14は、図示していないが、リフレクターを備えている。レンズシート15は導光体12に接する面にプリズム16’の列が光源13、14と直交するように配列されている。そして、その上方にレンズシート11が、プリズム列を上方に向けて、配置されている。レンズシート11もプリズム列を有している。レンズシート11のプリズム列16は、レンズシート15のプリズム列16’と直交して、レンズシート15と接する面とは反対側の面に(上方に向かって)配列されている。レンズシート11のプリズム頂角は80度〜100度であり、特に、90度が好ましい。レンズシート15のプリズム頂角は155度〜172度であり、特に、165度が好ましい。この構成のバックライトユニットにおいて、必要に応じて拡散シートを適宜、適当な場所に使用することもできる。拡散シートを使用する場所は、導光体12とレンズシート15の間、レンズシート15とレンズシート11との間又は上方に配置されたレンズシート11の上等の場所である。 また、光源は導光体12の長辺側の端面に配置される。この意味で、レンズシート15は導光体12に接する面にプリズム16’の列が光源が配置される導光体の長辺側の端面と直交するように配列される。尚、プリズムは、先に述べたように、二等辺三角形状をしたものである。
図2の構成をもつバックライトユニットにおいて、レンズシート15のプリズム16’の頂角が165度のものの輝度を図4に記号Aで示した。図4の記号Aが示すように、バックライトユニットの表面の法線からの角度で表して、0度からほぼ左右35度の範囲の角度内で、輝度が高いことがわかる。この視野角であれば、自動車の運転席、助手席は勿論のこと、後部座席からも車載用液晶表示装置の表示を高い輝度で見ることができる。尚、図4に示した輝度は、図2の構成を持つバックライトユニットにおいて、レンズシート11のプリズムの頂角を90度としたものである。
図2に示した構成をもつバックライトユニットにおいて、特に、レンズシート15のプリズム16’の頂角の大きさが重要である。プリズム16’の頂角は、先に述べたように、155度〜172度とするのがよい。特に、165度にするのが好ましい。プリズムの頂角が172度以上になれば、実質的にレンズシートを設けないものとなり、輝度は図4における記号B(レンズシート11及び15を除いたもの)で示したように、視野角は大きくなるが、輝度は小さいものとなる。
また、プリズム16’の頂角が155度よりも小さいと、その角度により影響は異なってくるが、輝度が角度により大きく変化して、実用に適さないものになる。図5に、プリズム16’の頂角が65度、90度の場合を示した。尚、この場合、レンズシート11のプリズムの頂角は90度である。レンズシート15のプリズム頂角が65度の場合の輝度は、記号Dで示しているように、輝度が不均一で、バックライトユニット表面の法線からの角度で、左右20度付近のところで輝度が極端に小さくなっていることが分かる。プリズムの頂角が90度の場合は、輝度は記号Eで示しているが、表面の法線からの角度で左右30〜40度の範囲で輝度が高くなっているものの、角度0度、即ち、バックライトユニットの真上の輝度が極端に小さく、かつ、相対的に輝度が頂角165度のもの(図5では、記号Cで示している)よりも相対的に小さくなっていることが分かる。更に、プリズム16’の頂角が120度のものの輝度を図9の記号Mで示した。図から分かるように、角度0度においては高い輝度を示すが、それ以外の角度では輝度が低くなっている。図9のレンズシート11のプリズム16の頂角は同様に90度である。記号Nは、図4における記号Bと同様、レンズシート11及び15を除いたものである。
導光体12、頂角80度〜100度、特に、90度のプリズム列を有するレンズシート11、頂角160〜172度、特に、165度のプリズムを有するレンズシート15備え、導光体12の上にレンズシート15がそのプリズム列が導光体と接する面に配されかつ光源(又は光源を配した導光体の長辺側端面)と直交して配置され、そのレンズシート15の上にレンズシート11がそのプリズム列がレンズシート15と接する面とは反対側の面にレンズシートBのプリズム列がレンズシートAのプリズム列と直交するように配置された構成を採ることにより、視野角が0度から左右35度に至る広い視野角において高い輝度を有するバックライトユニットを得ることができる。
図2の構成をもつバックライトユニットにおいて、レンズシート15のみでは、車載用液晶表示装置に使用するバックライトユニットは得ることはできない。レンズシート15のみの構成になるバックライトユニットは、具体的には、図1に示したような構成をもつバックライトユニットである。図1の構成をもつバックライトユニットの輝度について、以下説明する。この場合、バックライトユニットの構成は、図1に示すように、導光体2、レンズシート1、光源3、4及び反射シート5から構成されている。光源3、4は、同様に、線状の蛍光管が用いられ、導光体1の側端面(長辺側端面)に配置されている。光源3、4は、同様に、図示していないが、リフレクターを備えている。レンズシート1はその一方の面に光源3、4に直交してプリズム列を配列している。プリズム列は、レンズシート1が導光体2と接する面に設けられている。プリズムの頂角165度、65度及びレンズシートを有しないものについて輝度を測定した。図7にその測定した輝度を示した。頂角165度の場合は、記号Hで示しているが、視野角は広くなるものの、輝度が低くなっていることが分かる。頂角165度のレンズシートを使用しても、1枚だけでは十分な輝度が得られないことが分かる。レンズシート1のないものを記号Jで示しているが、HはJよりは視野角が狭くなっている。頂角が65度の場合は、記号Iで示しているが、バックライトユニットの法線方向から左右10度〜20度付近で、輝度が極端に低くなっていることが分かる。尚、図6にも図1の構成をもつバックライトユニットの輝度を示している。記号Fは、頂角165度のレンズシートを使用したもので、図7の記号Hと同一である。また、記号Gは、レンズシート1のないもので、図7の記号Jと同一である。
以上述べてきたように、図2の構成を持つバックライトユニット、即ち、少なくとも、導光体、2種類のプリズム列を有するレンズシートA、B及び光源を備えた車載用液晶表示装置に使用するバックライトユニットにおいて、導光体の上にレンズシートAがプリズム列が導光体と接する面に配置されかつそのプリズム列が光源(又は光源を配した導光体の長辺側端面)と直交するように配置され、レンズシートAの上にレンズシートBがそのプリズム列がレンズシートAと接する面とは反対側の面にレンズシートBのプリズム列がレンズシートAのプリズム列と直交するように配置され、かつ、レンズシートAのプリズムの頂角を155度〜172度、特に好ましくは165度にすること、レンズシートBのプリズムの頂角を80度〜100度、特に好ましくは90度にすることにより、左右0度から35度にわたって、高い輝度を得ることができる。
本発明において、レンズシートは、光透過率の高い合成樹脂から構成することができる。このような合成樹脂としては、例えば、メタクリル樹脂、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエステル系樹脂、塩化ビニル系樹脂等が挙げられる。中でも、光透過率の高さ、耐熱性、力学的特性、成形加工性等に優れている点からメタクリル樹脂が特に好ましい。このようなメタクリル樹脂としては、メタクリル酸メチルを80重量%含むものが好ましい。
また、レンズシートのプリズム等の表面構造を形成するに際して、透明合成樹脂板を所望の表面構造を有する型部材を用いて熱プレスすることで形成してもよいし、押出成形や射出成形等によって同時に形状付与してもよいし、熱あるいは光硬化性樹脂等を用いて形成することもできる。また、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、塩化ビニル系樹脂、ポリメタクリルイミド系樹脂等からなる透明フィルムあるいはシート等の透明基材上に、活性エネルギー線硬化型樹脂によってプリズム等の表面構造を形成してもよいし、このようなシートを接着、融着等の方法によって別個の透明基材上に接合一体化させてもよい。使用される活性エネルギー線硬化型樹脂としては、多官能(メタ)アクリル化合物、ビニル化合物、(メタ)アクリル酸エステル類、アリル化合物、(メタ)アクリル酸等を組み合わせて使用することができる。
使用される導光体としては、板状、くさび状、船型状等の種々の形状のものが使用でき、メタクリル樹脂、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエステル系樹脂、塩化ビニル系樹脂等光線透過率の高い合成樹脂から構成される。導光体は、一方の面が鏡面で、他方の表面が粗面になったものを使用する。均一な面光源となるように、導光体の光源の近いところから遠いところにいくに従って、光源に近いところは凹凸が粗な面とし、遠いところは凹凸が密となるようにして、上方に均一に光が出射されるようにする。凹凸に粗密をつけるために、具体的には、凹凸をつけた金型を使用して射出成型により導光体を成形し、又はあらかじめ表面がフラットな導光体を射出成型またはキャスト方式で成形し、スクリーン印刷にて突起をつけるよう専用インクを印刷する等の方法が知られている。
反射フイルムは、ポリエステル系樹脂若しくはポリオレフィン系樹脂からなるフイルム又は白色フイルムを使用する。白色フイルムは、フイルム若しくはシート状に成形する前に、例えば、白色となるように、酸化チタン、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、炭酸マグネシウムや酸化アルミニウムなどの顔料をプラスチック樹脂に添加してフイルム、シートに成形したものである。樹脂に炭酸カルシウムや酸化チタン等の無機充填剤を含有させフイルムを成形し、これを延伸し多数のミクロボイドを形成させたものを使用することもできる。
(バックライトユニットの調製)
導光体は、一方の面が鏡面で、他方の表面が粗面になったものを使用した。即ち、導光体の光源の近いところから遠いところにいくに従って、光源に近いところは凹凸が粗となり、遠いところは密となるように、凹凸をつけた金型を使用して射出成型することにより得た。レンズシートは、ポリエステルフイルム上に、アクリル系紫外線硬化型樹脂によって所定のプリズム頂角をもつ、ピッチ50μmのプリズム列が並列に連設したプリズム層を形成せしめることにより得た。この導光体及びレンズシートを使用して、バックライトユニットを組み立てた。
導光体は、長さ158.5mm、94.5mmの寸法をもつ矩形状のものである。この導光体の下に反射シートを配置した。導光体の長さ158.5mmの長辺の両側端面に対向するように、径が2.6mmで長さが152.5mmの蛍光ランプを配置した。次いで、導光体の表面に、頂角165度のプリズムの列を配したレンズシートをプリズム列が蛍光灯に直交しプリズム列が導光体と接する面にくるよう配置した。更に、その上に、頂角90度のプリズムの列を配したレンズシートをプリズム列が蛍光灯と平行するようにしかつプリズム列が上方にくるように配置した。レンズシートの寸法は、導光体のそれと同様であった。また、導光体の寸法は、縦158.50mm、横94.50mm、厚み5.00mmであり、レンズシートも同様の寸法で、厚みは上方に配置されたものは155μm、導光体の上に配置されたものは136μmであり、反射フイルムの寸法も導光体と同様で、その厚みは188μmであった。
上記バックライトユニットの上に液晶素子を配置し、所定の筐体に納めることにより、車載用液晶表示装置を得ることができる。
(バックライトユニットの輝度の測定)
長さ158.5mm、94.5mmの寸法をもつ矩形状のバックライトユニットを使用した。ランプは、その径が2.6mmで長さが152.5mmのものを使用し、8V、10.5Aの条件で点灯した。輝度測定器は、トプコン製BM−7を備えた、大野技術研究所輝度特性計測システム「ORDL−002」を使用し、暗室の中で測定を行った。バックライトユニット上の法線からの角度を5度ずつ左右に変化させて0〜±85度の範囲に亘って、バックライトユニットの長辺側を上下とした状態で輝度を測定した。
本発明のバックライトユニットは、特に、車載用液晶表示装置に使用することができ、運転者席、助手席から輝度の高い状態で車載用液晶表示装置の指示を見ることができる。この液晶表示装置は、カーナビとして使用することができる。また、カーナビとして使用しないときには、テレビやDVD、インターネットの閲覧用等の映像表示装置としても利用が可能である。自動車の安全運転にも寄与することができる上、エンターテイメント用としても利用可能である。
バックライトユニットの構成の一例を示す図である 本発明のバックライトユニットの構成を示す図である バックライトユニットの他の構成例を示す図である バックライトユニットの輝度を示す図である バックライトユニットの輝度を示す図である バックライトユニットの輝度を示す図である バックライトユニットの輝度を示す図である バックライトユニットの輝度を示す図である バックライトユニットの輝度を示す図である
符号の説明
1 レンズシート
2 導光体
3、4 光源
5 反射シート
6 プリズム
11、15 レンズシート
12 導光体
13、14 光源
16、16’ プリズム
17 反射シート
21 レンズシート
22 導光体
23、24 光源
25 反射シート
26 プリズム
A 図2の構成のバックライトユニットでプリズム16’の頂角が165度をなすもの
B 図2の構成のバックライトユニットで下部のレンズシート11及び15を除いたもの
C 図2の構成のバックライトユニットでプリズム16’の頂角が165度をなすもの
D 図2の構成のバックライトユニットでプリズム16’の頂角が65度をなすもの
E 図2の構成のバックライトユニットでプリズム16’の頂角が90度をなすもの
F 図1の構成のバックライトユニットでプリズム6の頂角が165度をなすもの
G 図1の構成のバックライトユニットでレンズシート1を除いたもの
H 図1の構成のバックライトユニットでプリズム6の頂角が165度をなすもの
I 図1の構成のバックライトユニットでプリズム6の頂角が65度をなすもの
J 図1の構成のバックライトユニットでレンズシート1を除いたもの
K 図3の構成のバックライトユニットでプリズム26の頂角が90度をなすもの
L 図3の構成のバックライトユニットでレンズシート21を除いたもの
M 図2の構成のバックライトユニットでプリズム16’の頂角が120度をなすもの
N 図2の構成のバックライトユニットで下部のレンズシート11及び15を除いたもの

Claims (5)

  1. 少なくとも導光体、2種類のプリズム列を有するレンズシートA、B及び光源を備えた車載用液晶表示装置に使用するバックライトユニットにおいて、導光体の上にレンズシートAがそのプリズム列が導光体と接する面に配されかつそのプリズム列が光源を配した導光体の長辺端面と直交するように配置され、レンズシートAの上にレンズシートBがそのプリズム列がレンズシートAと接する面とは反対側の面にレンズシートBのプリズム列がレンズシートAのプリズム列と直交するように配置され、レンズシートAのプリズムの頂角が155度〜172度であり、レンズシートBのプリズムの頂角が80度〜100度であることを特徴とする、車載用液晶表示装置に使用するバックライトユニット。
  2. 前記レンズシートAのプリズムの頂角が165度であることを特徴とする請求項1に記載の車載用液晶表示装置に使用するバックライトユニット。
  3. 前記レンズシートAのプリズムの頂角が165度であり、前記レンズシートBのプリズムの頂角が90度であることを特徴とする請求項1に記載の車載用の液晶表示装置に使用するバックライトユニット。
  4. 請求項1に記載の車載用液晶表示装置に使用するバックライトユニットに用いる、プリズムの頂角が155〜172度であるプリズム列を有するレンズシート。
  5. 請求項2又は請求項3に記載の車載用液晶表示装置に使用するバックライトユニットに用いる、プリズムの頂角が165度であるプリズム列を有するレンズシート。
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