JP2007042403A - 照明装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 解決しようとする課題は点光源を用いて、小型で輝度ムラのない照明装置を実現することである。
【解決手段】 略直方体形状の導光板の相対する2側面に点光源を配置し、かつ導光板には各々の側面から導光板に入射した光の進行方向を変化させるグルーブを設けた。また、前記グルーブはマイクロプリズムであり、該マイクロプリズムの前記点光源に面する長辺を前記2側面に設けられた点光源側にそれぞれ配置した。さらに、前記点光源側に配置されたマイクロプリズムの長辺同士を前記導光板の略中央部で接するように構成した。

【選択図】 図1

Description

本発明は、液晶表示装置等の受光型表示装置のバックライトやフロントライトとして用いられる照明装置に関し、特に携帯電話、PDA等の小型液晶ディスプレイの照明装置に関する。
近来、蛍光表示管に比べ、寿命が長い、照明装置光の色度調整が容易等の利点があるため発光ダイオード(以下LEDと略記する)を光源とした照明装置が用いられ始めている。しかしLEDは点光源であるため、従来多く用いられていた線光源である蛍光表示管に比べ、照明装置の光源近傍で輝度ムラが生じやすいという問題がある。
図8は発光ダイオードを用いたサイドライト型照明装置をバックライトとして用いた場合の従来例を示す図で、(a)が平面図、(b)が側面図である。
図8における照明装置は、複数のLED光源60−1,2,3,4を略直方体の導光板68の1つの側面に配置し、該LED光源60−1,2,3,4の出射光が導光板68に入射する。導光板68にはマイクロプリズム、すなわちグルーブが形成され、該マイクロプリズムの頂点を結んだ稜線は図8(a)に点線群61で示したように複数のLED光源60−1,2,3,4が配置された側面に平行とされていた。
なお以下の図において、同様の部材には同様の番号を付している。
断面構造は図8(b)に示すように、導光板68の下面に反射シート80が、上面にプリズムシート78が配置され、導光板68、反射シート80、プリズムシート78がホルダー76に収納され、上部に置かれる液晶表示装置等の受光型表示装置を照明する構造となっていた。
LED光源60−1,2,3,4から入射された光は導光板68内で導光板68上面と導光板68下面に設けられたマイクロプリズムの面とで屈折を繰り返して伝播される。該伝播を繰り返すうちに、光の進行方向と導光板68上面とがなす角度が臨界角よりも小さくなり、導光板68上面から光が出射する。導光板68下面に出射されてしまった光は反射シート80で反射されて導光板68に戻される。導光板68から出射した光は、プリズムシート78によってさらに導光板68上面と垂直な方向に屈曲されて図示していない受光型表示装置へと導かれ、表示装置を照明する。
図9は該照明装置のホルダー76を除く断面を拡大して示した図で、導光板68の下面にマイクロプリズム64が形成され、プリズムシート78のプリズム面も下面側に設定されている。
マイクロプリズム64のプリズム部の長辺68−Lは図示のようにLED光源60側に短辺68−SはLED光源60の反対側に配置され、導光板全体にわたってプリズム部の長辺68−LがLED光源60が置かれた辺の側に配置される状態が維持されていた。
すなわちマイクロプリズムの長辺が常に導光板の一方の側面側に面するよう配置されていた。
図10は点光源を用いた場合の問題点を示した図で、図8(a)と同様の照明装置の平面図である。図10(a)はLED光源を導光板の短辺側に配置した場合、図10(b)は長辺側に配置した場合を示している。
図10(a)において、ホルダー76の内部に導光板68が納められ、導光板68の短辺の片側にLED光源60−1,2,3,4が導光板68に近接して配置されている。
LED光源60−1,2,3,4には指向性があるため、導光板68に入射される光は斜線を施した領域62となる。すなわち領域64にはLED光源60−1,2,3,4の光がほとんど行き渡らず、暗くなってしまい輝度ムラを生じてしまう。
図10(b)においては、導光板68の長辺の片側にLED光源60−1,2,3,4が導光板68に近接して配置されている。
図10(a)の場合と同様、LED光源60−1,2,3,4には指向性があるため、導光板68に入射される光は斜線を施した領域66となる。すなわち領域69にはLED光源60−1,2,3,4の光がほとんど行き渡らず、暗くなってしまい輝度ムラを生じてしまう。このような輝度ムラは、導光板上の輝度を上昇させるためLED光源を導光板の長辺側に配置すると、より目立ってしまうという問題があった。
このような輝度ムラは、点光源が1個のみの場合でも避けるのが容易ではなく、特許文献1の「従来の技術」の項には、点光源を導光板からはなして配置する必要があったため無断スペースが必要だった旨が記載されている(特許文献1、図6、−0007,0008−参照)
また、このような状態を避けるため、点光源を連続的に並べて線光源とすると非常に多くのLEDを必要とし、スペース、コスト、消費電力の面から現実的ではなかった。
特に携帯電話、PDA等の小型液晶ディスプレイの照明装置に関しては上記3要素が重要であり、輝度ムラの解消は大きな課題となっていた。
このような輝度ムラを解消するため、点光源である発光ダイオードを略矩形形状をした導光板の一辺に近接して配置し、該導光板の裏面である出射面の逆側の面に反射層を設け、さらに前記点光源の配置された辺の近傍には該反射層の上部に光散乱領域を設けて、前記点光源近傍に発生する輝度ムラを軽減するという提案もある(例えば未公開特許文献1参照)。
しかしこのような方式を採用しても、前記光散乱層の境界部における輝度ムラの解消等設計上困難な問題が山積していた。
特開2001−143512 特願2004−136754
解決しようとする課題は点光源を用いて、小型で輝度ムラのない照明装置を実現することである。
本発明の照明装置は、略直方体形状の導光板の相対する2側面に点光源を配置し、かつ導光板には各々の側面から導光板に入射した光の進行方向を変化させるグルーブを設けていることを特徴とする。
また本発明の照明装置は、前記導光板の上面が略長方形であり、前記点光源を該導光板の長辺側に配置したことを特徴とする。
また本発明の照明装置は、前記点光源が発光ダイオードであることを特徴とする。
また本発明の照明装置は、前記点光源を前記導光板の2側面に計N個配置し、前記導光板を該2側面に垂直な線で略N等分し、前記点光源を該等分された領域の前記辺の略中心位置に配置したことを特徴とする。
また本発明の照明装置は、前記点光源を前記2側面の前記略中心位置に交互に配置したことを特徴とする。
また本発明の照明装置は、前記グルーブがマイクロプリズムであり、該マイクロプリズムの前記点光源に面する長辺を前記2側面に設けられた点光源側にそれぞれ配置したことを特徴とする。
また本発明の照明装置は、前記点光源側に配置されたマイクロプリズムの長辺同士は前記導光板の略中央で接していることを特徴とする。
また本発明の照明装置は、前記照明装置はバックライト方式となっていることを特徴とする。
本発明によれば点光源を導光板に近接させて配置しても、片方の側面に配置したLEDの間の光量が極端に少ない領域をもう片方の側面に配置したLEDからの光量で補うことが出来るため、小型で輝度ムラのない照明装置を実現出来る。
略直方体形状の導光板の相対する2側面に点光源を配置し、かつ導光板には各々の側面から導光板に入射した光の進行方向を変化させるグルーブを設けた。
また、前記グルーブはマイクロプリズムであり、該マイクロプリズムの前記点光源に面する長辺を前記2側面に設けられた点光源側にそれぞれ配置した。
さらに、前記点光源側に配置されたマイクロプリズムの長辺同士を前記導光板の略中央部で接するように構成した。
図1は本発明による照明装置の第1の実施例である。
図1は発光ダイオードを点光源として用いたサイドライト型照明装置をバックライトとした場合の例を示す図で、(a)が平面図、(b)がA−A’断面図である。
図1における照明装置は、複数のLED光源12,14,16,18を略直方体で上面が略長方形のの導光板10の長辺側の2辺に図示のように配置している。該LED光源12,14,16,18の出射光が導光板68に入射する。導光板10には入射した光の進行方向を変化させるマイクロプリズム、すなわちグルーブが形成され、該マイクロプリズムの頂点を結んだ稜線は図1(a)に点線群20で示したように複数のLED光源12,14,16,18が配置された側面に平行とされている。
断面構造は図1(b)に示すように、導光板10の下面に反射シート80が、上面にプリズムシート78が配置され、導光板68、反射シート80、プリズムシート78がホルダー76に収納され、上部に置かれる液晶表示装置等の受光型表示装置を照明するバックライト構造となっている。
LED光源12,14,16,18から入射された光は導光板10内で、導光板10上面と導光板10下面に設けられたマイクロプリズムの面とで屈折を繰り返して伝播される。該伝播を繰り返すうちに、光の進行方向と導光板10上面とがなす角度が臨界角よりも小さくなり、導光板10上面から光が出射する。導光板10下面に出射されてしまった光は反射シート80で反射されて導光板10に戻される。導光板10から出射した光は、プリズムシート78によってさらに導光板10上面と垂直な方向に屈曲されて図示していない受光型表示装置へと導かれ、表示装置を照明する。
本発明による照明装置は図1に示すようにLED光源12,14,16,18を導光板の相対する側面にそれぞれ配置したため、片方の側面に配置したLEDの間の光量が極端に少ない領域を、もう片方の側面に配置したLEDからの光量で補うことが出来、導光板上での輝度ムラを抑制することが可能となっており、照明装置の照明品位の改善に顕著な効果がある。
図2は本発明による照明装置での点光源の配置法を説明する図で、図2(a)はLED光源を導光板10の長辺側に偶数である計4個配置する場合、図2(b)は奇数である計5個配置する場合を示している。
図2(a)において、2個のLED光源12,14は略長方形の導光板10の上辺の長辺近傍に配置され、別の2個のLED光源16,18は略長方形の導光板10の下辺の長辺近傍に配置されている。
また導光板10のLED光源12,14,16,18が配置された長辺方向を、該長辺方向に垂直な線群56でLED光源の数である4で等分して領域48,50,52,54に分割し、該領域48,50,52,54の長辺の略中心にLED光源を配置している。
また配置にあたっては、LED光源12は領域48の上辺の略中心に、LED光源16は領域50の下辺の略中心に、LED光源14は領域52の上辺の略中心に、LED光源18は領域54の下辺の略中心に、というようにLED光源を2側面の分割された領域の略中心位置に交互に配置した。
したがって、導光板10の長辺方向の長さをLとしたとき、LED光源12は導光板10の右辺から(7/8)xLの位置の上辺に、LED光源14は導光板10の右辺から(3/8)xLの位置の上辺に、LED光源16は導光板10の右辺から(5/8)xLの位置の下辺に、LED光源18は導光板10の右辺から(1/8)xLの位置の下辺にそれぞれ配置されている。
図2(b)においては、2個のLED光源30,32は略長方形の導光板10の上辺の長辺近傍に配置され、別の3個のLED光源34,36,38は略長方形の導光板10の下辺の長辺近傍に配置されている。
また導光板10のLED光源30,32,34,36,38が配置された長辺方向を、該長辺方向に垂直な線群58でLED光源の数である5で等分して領域80,82,84,86,88に分割し、該領域80,82,84,86,88の長辺の略中心にLED光源を配置している。
また配置にあたっては、LED光源34は領域80の下辺の略中心に、LED光源30は領域82の上辺の略中心に、LED光源36は領域84の下辺の略中心に、LED光源32は領域86の上辺の略中心に、LED光源38は領域88の下辺の略中心に、というようにLED光源を2側面の分割された領域の略中心位置に交互に配置した。
したがって、導光板10の長辺方向の長さをLとしたとき、LED光源30は導光板10の右辺から(7/10)xLの位置の上辺に、LED光源32は導光板10の右辺から(3/10)xLの位置の上辺に、LED光源34は導光板10の右辺から(9/10)xLの位置の下辺に、LED光源36は導光板10の右辺から(5/10)xLの位置の下辺に、LED光源38は導光板10の右辺から(1/10)xLの位置の下辺にそれぞれ配置されている。
このようにLED光源を導光板の長辺方向に配置すると、導光板中で光が伝搬される距離が短くなるため、光の横方向への拡散を小さくすることが出来、照明装置の出射光の指向性を上昇させることが出来る。
また、図5、6で後述するが、LED光源を導光板の相対する側面にそれぞれ交互に配置することで、片方の側面に配置したLED光源の間の光量が極端に少ない領域を、もう片方の側面に配置したLEDからの光量で補うことが出来ており、さらにLED光源の間の光量が極端に少ない領域を小さくすることも可能としている。
図3は本発明による照明装置のグルーブであるマイクロプリズムの形状を説明する図で、図3(a)は図1(b)の照明装置の断面をホルダー76を除いて拡大して示した図で図3(b)は図3(a)の導光板の部分拡大図である。
図3(a)において、導光板10の下面にはマイクロプリズム17が形成され、プリズムシート78のプリズム面も下面側に設定されている。
図3(b)でマイクロプリズムの角度の説明を行う。図3(b)は図3(a)に示した導光板10の左方の拡大図であるが、導光板10の上面に平行な線19に対してマイクロプリズム17の左方側に面した面13がなす角をα、右方側に面した面15がなす角をβと決めている。どちらがαでどちらがβかは便宜的に決めたもので、一方の辺に置かれた点光源の光を受ける面の角度がα、他方の辺に置かれた点光源の光を受ける面の角度がβである。したがって面13は図1(a)に示したLED光源12,14の光を受ける面であり、面15は図1(a)に示したLED光源16,18の光を受ける面である。
マイクロプリズムを設けた導光板においてはマイクロプリズムの角度α、β、ピッチp、高さhを導光板内の位置によって設定することにより出射光の一様化を計っている。
本発明の照明装置におけるマイクロプリズムの角度αとβの関係を示したグラフが図4である。
図4において、横軸は導光板中の点光源からの位置を示しており、点光源の配置された辺間の距離をLとしたときの位置をLを用いて表している。Cの点が点光源間の略中央である。上記した定義によれば0.0Lの点が「一方の辺」の位置であり、1.0Lの点が「他方の辺」の位置である。縦軸は導光板10の上面に平行な線に対してマイクロプリズム面がなす角を示しており、太い実線がα、太い点線がβである。
図4に示したように、αは点光源のおかれた辺、0.0L,近傍で小さく、点光源から遠ざかるにつれ大きくなって、反射する光のうちより多くを導光板10上面から出射するようになっている。同様にβも点光源のおかれた辺、1.0L,近傍で小さく、点光源から遠ざかるにつれ大きくなって、反射する光のうちより多くを導光板10上面から出射するようになっている。導光板10の略中心Cの点ではαとβは等しい角度となっている。したがって、導光板中10中の0.0Lから中心点Cの間では図3(b)に示した面13が長辺で面15が短辺、中心点Cから1.0Lの間では図3(b)に示した面15がマイクロプリズムの長辺で面13が短辺となり、中心点近傍では長辺と短辺はほぼ等しい長さとなっている。
図3に戻って、図3(a)は左方が図1(a)の上方、右方が図1(a)の下方に相当するが、図3(a)の左方ではLED光源12,14の光を受ける面である辺13が長辺となっていてLED光源12,14側に配置されており、右方ではLED光源16,18の光を受ける面である辺15が長辺となっていてLED光源16,18側に配置されている。
また図3(a)の略中央部分では左方の長辺13と右方の長辺15とが接している。
このようにマイクロプリズムを構成したことにより、点光源であるLED光源を導光板の相対する2辺に配置しても、導光板全体での輝度を一様にすることが出来た。また導光板の中央に線が発生してしまう状態も避けることが出来た。
なお、マイクロプリズムの最凹部9と最凸部92とがマイクロプリズムの稜線で、該最凹部38と最凸部36とは近接しているため、図1(a)の線群20では1本の点線で該稜線を描いている。
図5は図2(a)に示したように配置されたLED光源の出射光の軌跡を示した図で、図5(a)は導光板10の上辺に配置したLED光源12,14の出射光の軌跡を示した図、図5(b)は下辺に配置したLED光源16,18の出射光の軌跡を示した図、図5(c)は図5(a)と(b)に示した出射光の軌跡を重ね合わせた図である。
図5(a)に示すように、導光板10の上辺に配置したLED光源12,14の出射光
は斜線を施した領域22に進んで導光板10の上面から照明光として出射される。この時導光板10上で斜線が施されていない部分23にはほとんどLED光源12,14の出射光が行きわたらない。
また図5(b)に示すように、導光板10の下辺に配置したLED光源16,18の出射光は斜線を施した領域24に進んで導光板10の上面から照明光として出射される。この時導光板10上で斜線が施されていない部分25にはほとんどLED光源16,18の出射光が行きわたらない。
しかし図5(c)に示すように、導光板10の上辺に配置したLED光源12,14の出射光の軌跡と下辺に配置したLED光源16,18の出射光の軌跡とを重ね合わせると、上辺に配置したLED光源12,14の出射光が行きわたらない領域23には下辺に配置したLED光源16,18の出射光が到達しており、下辺に配置したLED光源16,18の出射光が行きわたらない領域25には上辺に配置したLED光源12,14の出射光が到達している。
したがって図10(a)の64の領域、図10(b)の69の領域で示したようなLED光源の光がほとんど行き渡らず暗くなってしまう領域の発生を防ぐことが出来る。
なお、図5(c)には上辺に配置したLED光源12,14の出射光の軌跡と下辺に配置したLED光源16,18の出射光の軌跡とが重なる、斜線が交差した、領域26が存在し、この部分のみ他の部分よりも明るくなってしまう可能性があるが、領域26でのマイクロプリズムの高さ、角度、ピッチ等のパターンを調節することで明るさの調節をすることが可能である。
このように本発明の照明装置では点光源を導光板の相対する側面にそれぞれ配置することで、点光源を導光板に近接して配置しても、片方の側面に配置したLEDの間の光量が極端に少ない領域を、もう片方の側面に配置したLEDからの光量で補うことが出来、輝度ムラの発生を押さえることが出来る。
すなわち小型な照明装置の照明品位の改善が可能となる。
図6は図2(b)に示したように配置されたLED光源の出射光の軌跡を示した図で、図6(a)は導光板40の上辺に配置したLED光源30,32の出射光の軌跡を示した図、図6(b)は下辺に配置したLED光源34,36,38の出射光の軌跡を示した図、図6(c)は図6(a)と(b)に示した出射光の軌跡を重ね合わせた図である。
図5では偶数である4個のLED光源が配置された例を示したが、図6では奇数である5個のLED光源が配置された例を示している。
図6(a)に示すように、導光板40の上辺に配置したLED光源30,32の出射光
は斜線を施した領域42に進んで導光板40の上面から照明光として出射される。この時導光板10上で斜線が施されていない部分43にはほとんどLED光源30,32の出射光が行きわたらない。
また図6(b)に示すように、導光板40の下辺に配置したLED光源34,36,38の出射光は斜線を施した領域44に進んで導光板10の上面から照明光として出射される。この時導光板40上で斜線が施されていない部分45にはほとんどLED光源34,36,38の出射光が行きわたらない。
しかし図6(c)に示すように、導光板40の上辺に配置したLED光源30,32の出射光の軌跡と下辺に配置したLED光源34,36,38の出射光の軌跡とを重ね合わせると、上辺に配置したLED光源30,32の出射光が行きわたらない領域43には下辺に配置したLED光源34,36,38の出射光が到達しており、下辺に配置したLED光源34,36,38の出射光が行きわたらない領域45には上辺に配置したLED光源30,32の出射光が到達している。
したがって図10(a)の64の領域、図10(b)の69の領域で示したようなLED光源の光がほとんど行き渡らず暗くなってしまう領域の発生を防ぐことが出来る。
図7は点光源を導光板の短辺に配置した場合の出射光の軌跡を示した図で、 図7(a)は偶数である4個のLED光源が配置された例、(b)では奇数である5個のLED光源を配置した例を示している。
図7(a)において、導光板92の左辺に配置したLED光源98,100の出射光と導光板92の右辺に配置したLED光源94,96の出射光との双方が到達する領域114、左辺に配置したLED光源98,100の出射光は行きわたらないが右辺に配置したLED光源94,96の出射光が到達する領域112,右辺に配置したLED光源94,96の出射光は行きわたらないが左辺に配置したLED光源98,100出射光が到達する領域110が存在し、輝度ムラを防ぐことが出来ることは図5、6の場合と同様である。
図7(b)において、導光板114の左辺に配置したLED光源122,124の出射光と導光板114の右辺に配置したLED光源116,118,120の出射光との双方が到達する領域140、左辺に配置したLED光源122,124の出射光は行きわたらないが右辺に配置したLED光源116,118,120の出射光が到達する領域138,右辺に配置したLED光源116,118,120の出射光は行きわたらないが左辺に配置したLED光源122,124出射光が到達する領域136が存在し、輝度ムラを防ぐことが出来ることは図5、6の場合と同様である。
このように導光板の短辺にLED光源を配置した場合、短辺方向をLED光源の数で等分し、該等分した領域の辺の略中心にLED光源を2つの短辺に交互に配置することは、長辺側にLED光源を配置した場合と同様である。。
また、グルーブの稜線は短辺に平行とする。
このようにLED光源を導光板の短辺に配置しても長辺に配置した場合と近い効果が得られる。
なお、本明細書においては本発明の照明装置をバックライトとして用いる構造例を示したが、フロントライト構造とすることも通常の技術で容易に実現出来る。
本発明による照明装置の第1の実施例である。 本発明による照明装置での点光源の配置法を説明する図である。 本発明による照明装置のグルーブであるマイクロプリズムの形状を説明する図である。 本発明による照明装置で用いるマイクロプリズムの角度を説明するグラフである。 偶数個の点光源を導光板の長辺に配置した場合の、出射光の軌跡を示した図である。 奇数個の点光源を導光板の長辺に配置した場合の、出射光の軌跡を示した図である。 点光源を導光板の短辺に配置した場合の、出射光の軌跡を示した図である。 発光ダイオードを用いたサイドライト型照明装置をバックライトとして用いた場合の従来例を示す図である。 従来の照明装置の断面を拡大して示した図である。 点光源を用いた照明装置のの問題点を示した図である。
符号の説明
10,40,92,114 導光板
12,14,16,18,30,32,34,36,38,94,96,98,100,116,118,120,122,124 点光源、発光ダイオード
56,58 点光源を配置した2側面に垂直な線
11 グルーブ、マイクロプリズム
C 導光板の略中央
20 マイクロプリズムの稜線

Claims (8)

  1. 略直方体形状の導光板の相対する2側面に点光源を配置し、かつ導光板には各々の側面から導光板に入射した光の進行方向を変化させるグルーブを設けていることを特徴とする照明装置。
  2. 前記導光板の上面は略長方形であり、前記点光源を該導光板の長辺側に配置したことを特徴とする請求項1に記載の照明装置。
  3. 前記点光源は発光ダイオードであることを特徴とする請求項1に記載の照明装置。
  4. 前記点光源を前記導光板の2側面に計N個配置し、前記導光板を該2側面に垂直な線で略N等分し、前記点光源を該等分された領域の前記辺の略中心位置に配置したことを特徴とする請求項1に記載の照明装置。
  5. 前記点光源を前記2側面の前記略中心位置に交互に配置したことを特徴とする請求項4に記載の照明装置。
  6. 前記グルーブはマイクロプリズムであり、該マイクロプリズムの前記点光源に面する長辺を前記2側面に設けられた点光源側にそれぞれ配置したことを特徴とする請求項1に記載の照明装置。
  7. 前記点光源側に配置されたマイクロプリズムの長辺同士は前記導光板の略中央で接していることを特徴とする請求項6に記載の照明装置。
  8. 前記照明装置はバックライト方式となっていることを特徴とする請求項1〜7のうち少なくとも一項に記載の照明装置。
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