JP2009069714A - 液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 導光板の側面に発光ダイオードを配置するバックライトにおいて、導光板の厚さをより薄く形成して薄型にし、導光板の厚さよりも厚い発光ダイオードを用い、入光部に微細なレンズを形成した場合でも精度良く、短時間で導光板を製造する。
【解決手段】 液晶パネルに光を照射するバックライトを有する液晶表示装置において、バックライトに設けられた導光板に、発光素子としてLEDを設け、導光板を樹脂の射出成型で製造する際に、樹脂の注入口を入光部側に偏って設ける。
【選択図】 図8
【解決手段】 液晶パネルに光を照射するバックライトを有する液晶表示装置において、バックライトに設けられた導光板に、発光素子としてLEDを設け、導光板を樹脂の射出成型で製造する際に、樹脂の注入口を入光部側に偏って設ける。
【選択図】 図8
Description
本発明は、非自発光型の表示装置の光源に関し、特に導光板を備え、LEDを光源として用いたバックライトを有する液晶表示装置に関する。
近年、表示装置として液晶表示装置が多用されている。特に液晶表示装置は、薄型、軽量、省電力であることから携帯用機器の表示部に用いられている。
しかしながら液晶表示装置は、自発光型でないために照明手段を必要とする。一般に液晶表示装置で用いられる照明装置には、バックライトと呼ばれる面状照明装置が普及している。従来バックライトの発光素子(光源とも呼ぶ)には冷陰極放電管が用いられているが、近年、LED(発光ダイオード)も発光素子として用いられている。
薄型のバックライトとして、側面に発光素子を備えるサイドライト型バックライトがある。サイドライト型バックライトには板状の導光板が備えられている。導光板の材質は透光性の樹脂等であり、発光素子から導光板に入射した光は導光板中を伝播する。導光板には溝、突起または印刷物等の反射・散乱部材が設けられおり、この反射・散乱部材により導光板中を伝わる光は液晶表示装置側に向けて出射する。
導光板を樹脂で形成する方法として、金型に溶融した樹脂を充填する射出成型の方法が用いられている。例えば下記「特許文献1」などには、精度良く射出成型により導光板を製造するために、樹脂の注入口について開示されている。しかしながら、特許文献1では導光板が薄くなった場合の製造方法についての記載はない。
また、下記「特許文献2」には導光板を射出成型する際に注入口を2つ対称に設ける記載がある。しかしながら、「特許文献2」は導光板の体積中心について記載あるものではない。
液晶表示装置の薄型化のために、バックライトも薄型化が要求されている。バックライトを薄型化するには、導光板をさらに薄くする必要がある。導光板を薄くすると射出成型では均一に樹脂を充填することが益々困難となる。特に量産化に際しては、高い精度で樹脂を射出成型することは困難であり、安定した品質で薄い板を成型し、導光板を得ることが困難でいた。
上記問題を解決するために、液晶表示装置に、表示パネルと、該表示パネルに光を照射するバックライトと、上記バックライトに設けられた発光素子と、発光素子からの光が入射する導光板と、導光板側面に発光素子とを設け、導光板の体積中心の延長線上に注入口を設け、注入口から溶融した樹脂を金型に充填して導光板を形成する。
導光板の注入口を体積中心の延長線上に設けたことで、金型に樹脂を均一に充填することが可能となり、薄い導光板を短時間で、かつ安定した品質で製造することが可能となる。
液晶パネルと、液晶パネルに光を照射する面状照明装置とを有する液晶表示装置において、面状照明装置には出光面と該出光面に対向する底面とを有する導光板を設ける。また、導光板には出光面または底面と交差する側面を設け、導光板の第1の側面に沿って複数のLEDを設け、第1の側面からLEDの光を入射させて、第1の側面を導光板の入射面とする。導光板に入射した光は導光板底面に設けられた散乱部材によって出光面側に向けられ、出光面から出射する。導光板の入射面側の厚さを出射面側の厚さより厚く形成し、導光板の入光面側から出光面側に向けて傾斜部を設ける。第1の側面を挟んで形成される第2と第3の側面のいずれか一方に樹脂を射出成型する注入口を設ける。注入口は導光板の体積中心の延長線上に配置し、注入口から金型内に流入した樹脂は均一の圧力で、導光板内端部まで対称性を維持して充填される。
図1は、本発明による液晶表示装置100を示す平面図である。液晶表示装置100は液晶パネル1とバックライト110と制御回路80とで構成される。制御回路80からは液晶表示装置100の表示に必要な信号及び、電源電圧が供給される。制御回路80はフレキシブル基板70に搭載されており、配線71、端子75を介して信号が液晶パネル1に伝達される。
バックライト110は、導光板120とLED150と収納ケース180とから構成されている。バックライト110は液晶パネル1に光を照射する目的で設けられる。液晶パネル1ではバックライト110から照射された光の透過量または反射量を制御して表示を行う。なお、バックライト110は観察者に対して液晶パネル1の裏面側または前面側に重ねて設けられるが、図1では解り易くするために、液晶パネル1と並べて示している。
導光板120は、ほぼ矩形の形状をしており、側面にはLED150が設けられる。符号160は、複数のLED150の間を電気的に接続するフレキシブル基板である。フレキシブル基板160と制御回路80との間は配線161で電気的に接続されている。
LED150が配置された側面を入光面125と呼び、入光面125から光が導光板120に入射する。入光面125から入射した光は導光板内部を伝わり上面121から出射する。
次に液晶パネル1について説明する。液晶パネル1はTFT基板2とカラーフィルタ基板3の2枚の基板を有し、重ねた2枚の基板の間には、液晶組成物が挟さまれている。TFT基板2には画素部8が設けられ、画素部8には画素電極12が設けられている。なお、液晶パネル1は多数の画素部8をマトリクス状に備えているが、図が煩雑になることを避けて、図1では画素部8を1つだけ図示している。マトリクス状に配置された画素部8は表示領域9を形成し、各画素部8が表示画像の画素の役割をはたし、表示領域9に画像を表示する。
図1においては、図中x方向に延在しy方向に並設されるゲート信号線(走査線とも呼ぶ)21と、y方向に延在しx方向に並設されるドレイン信号線(映像信号線とも呼ぶ)22とが設けられており、ゲート信号線21とドレイン信号線22とは交差している。また、画素部8はゲート信号線21とドレイン信号線22とで囲まれる領域に形成されている。
画素部8にはスイッチング素子10が設けられている。ゲート信号線21からは制御信号が供給され、スイッチング素子10のオン・オフが制御される。スイッチング素子10がオン状態となることで、ドレイン信号線22を介して伝送された映像信号が画素電極12に供給される。
ドレイン信号線22は駆動回路5に接続されており、駆動回路5から映像信号が出力する。ゲート信号線21は駆動回路6に接続されており、駆動回路6からは制御信号が出力する。なお、ゲート信号線21、ドレイン信号線22及び、駆動回路5及び駆動回路6とは同じTFT基板2上に形成されている。また、駆動回路5と駆動回路6、さらに制御回路80とを1つの半導体チップ上に形成することも可能である。
次に図2に発光素子であるLED150の概略図を示す。図2(a)は概略断面図、図2(b)は光出射側正面図を示す。
LED150は発光部であるLEDチップ151がチップ基板154に搭載された構造をしている。LEDチップ151はpn接合を有し、pn接合に電圧を印加すると特定の波長で発光する。pn接合を形成するp型半導体層にはp電極(アノード)158と、n型半導体層にはn電極(カソード)159とがそれぞれ設けられる。
p電極158と、n電極159にはワイヤ152が接続されている。ワイヤ152はLED150を外部と接続するために設けられたチップ端子153とp電極158及びn電極159とを電気的に接続する。
LEDチップ151の出射面側には、蛍光発光部156が設けられる場合もある。蛍光発光部156はLEDチップ151から発光する光の波長を変換する機能を有している。符号155は反射部で光を前方に反射させる。LED150の正面側には光が出射する出射面157が形成されている。
次に、図3(a)に導光板120の概略平面図と、図3(b)に概略側面図とを示す。導光板120は図3(a)に示すように略矩形をしており、第1の側面171と、第2の側面172と、第3の側面173と、第4の側面174とを有している。また図3(b)に示すように上面(出光面とも呼ぶ)121と下面122とを有している。導光板120はアクリル樹脂等の光を透過する材質からなり、板状で、厚さが1.0mmから0.1mmに形成されている。
図3(b)では、導光板120の断面は略矩形であるが、入光面125から出光面121に向けて傾斜部128が形成されている。傾斜部128は導光板120の出光面121の厚さに対してLED150の厚さが、厚い場合に有効である。
図3では、導光板120、LED150、フレキシブル基板160の位置関係が示されている。導光板120の少なくとも一辺には入光面125が設けられており、入光面125の近傍には、複数のLED150が設けられている。LED150はフレキシブル基板160の下側に入光面125に沿って並べられている。
フレキシブル基板160の導光板120側には接着シート(図示せず)が設けられており、フレキシブル基板160を導光板120に接着、固定することで、入光面125に対してLED150の位置を合せている。
接着シートによるフレキシブル基板160と導光板120との接着面積を広くとる目的で、突出部220が設けられている。導光板120の入光面125側にはLED150を挟むように突出部220が設けられており、この突出部220とフレキシブル基板160とを接着することで、導光板120に対するLED150の位置を高精度で合わせることが可能である。
次に図3(b)を用いてLED150から出光する光131について説明する。LED150から出射した光131は、入光面125より導光板120に入射する。導光板120の屈折率は空気よりも大きいため、入光面125の垂線方向に対し特定の角度より大きい角度で入光面125に到達した光は反射され、小さい角度で到達した光は導光板120内部に侵入する。
導光板120の上面121と下面122とは入光面125に対して略直交しており、導光板120内部に入射した光は、導光板120の上面121と下面122で全反射を繰り返して導光板120内部を進む。下面122には反射部としてV字型の溝126が設けられている。導光板120を進む光の一部は、下面122に設けられた溝126で上面121側に向け反射され、上面121から出射する。なお、反射部としてV字型の溝126を1例として説明したが、導光板を進む光を上面121側に向けるものであれば良く、印刷等で設けられた白色ドットを用いることも可能である。
この下面122に溝126等が設けられ、上面121から光が液晶表示パネルに向けて出射する部分を出光部129と呼ぶ。また、前述の入光面125と傾斜部128とが設けられる部分を入光部124と呼ぶ。
次に図4を用いて溝126で反射する光について説明する。図4(a)は溝126が内側に凹の場合を示し、図4(b)は溝126が外側に凸の場合を示している。溝126は反射面(傾斜面とも呼ぶ)127を有し、反射面127は下面122に対して1度から35度の角度を有している。反射面127で反射した光は導光板120の上面121に向けて反射する。反射面127で反射させることで、光の上面121に対する角度を、上面121から出光可能な角度とすることが可能である。すなわち、前述したように導光板120内では光は全反射を繰り返すが、反射面127により、光は出射可能な角度となり導光板120から出射する。
図4(a)に示すように、導光板120の上面121の上にはプリズムシート112と113とが設けられ、導光板120から出射した光の向きを制御している。なお、図4(a)ではプリズムシート112と113とは三角柱の稜線が交差するように配置されている。そのため、プリズムシート113は導光板120から出射した光の進行方向を横方向に屈折させ、内側(液晶パネル側)に向けることが可能である。また符号114は拡散板で、符号115は反射シートである。
次に、図4(b)に非対称プリズムシートを1枚用いる場合を示す。反射面127で反射した光は、上面121の鉛直方向に対して鈍角となり、上面121から外側(図中右側)に広がるように出射している。導光板120の上には、非対称プリズムシート116が設けられており、外側に向かう光を液晶パネル(図示せず)側に向かうように屈折させている。
図5に、導光板120の入光面125近傍の斜視図を示す。導光板120の入光面125にはレンズ123が設けられている。レンズ123は入光面125から入射する光を散乱させる働きをする。入光面125から入射した光は、傾斜部128経て出光面121に導かれる。隣合うレンズ123の間には入光面125から突出して突出部220が形成されている。
導光板120を薄型化した場合に、上面121と下面122の間の厚さよりも、LED150の厚さが厚くなってしまう。そこで、入光面125での導光板120の厚さを厚くし、傾斜面128を設けることで光を出光部129側に導いている。
上面121から光が液晶パネル側に出射するが、出光部129での導光板120の厚さは、薄型化のために益々薄くなってきている。上面121と下面122の間隔が1mm以下となると射出成型で製造する際に、樹脂の充填が困難になってきていた。
そのため、導光板120を製造する金型の樹脂注入口の位置について検討を行った。図6に示すように入光面125に対向する第4の側面174側に注入口222を形成すると、樹脂は矢印に示すように金型223内部を進む。上面121と下面122との間隔が略均一な出光部129では、樹脂を押し進める圧力は均等に加わっており、樹脂も均等に金型223内を広がっていく。
樹脂が入光部124にさしかかると、図7に示すように、傾斜部128では導光板120の厚さが除々に広がり、出光部129の圧力に比較して入光部124での樹脂に加わる圧力が弱くなってしまう。また、注入口222からの流動距離が長くなると、樹脂に硬化が生じて金型の形状を精度良く樹脂に転写することが困難となる。さらに、入光部124にはレンズ123や突出部220が形成されており、形状が複雑であることも転写精度を落とす原因となる。
入光部124に設けられるレンズ123の形状は入射する光の進行方向に影響をおよぼすため、特に精度が要求される。しかしながら、レンズ123の形状は突出部220等に比較して微細であるため、金型の形状を精度良く樹脂に転写することが元々困難であった。
図6に示すような、第4の側面174側に注入口222を形成する場合では、入光部124で圧力が弱くなるという問題と、レンズ123までの流動距離が長くなる問題のために、レンズ123の金型の形状に精度良く樹脂を充填することがさらに困難である。
そこで、図8に示すように、導光板120の体積中心(重心)からの垂線が第2の側面172と交差する位置に注入口222を設けることとした。なお、第3の側面173と体積中心からの垂線が交差する位置に注入口222を設けても同様の効果がある。また、第2の側面172と第3の側面173の両方に注入口222を設けることも可能である。
入光部124の転写精度を向上させるためには、第1の側面171に近い位置に注入口222を設けることが望まれるが、注入口222から第4の側面174までの距離が長くなるといった問題が生じる。注入口222から第4の側面174までの距離が長くなると、出光部129での樹脂の流動長が長くなり、出光部129の薄型化に不利である。
また、第2の側面172に近いレンズ123までの流動距離は短いので、第2の側面172に近いレンズ123の転写精度は向上するが、第3の側面173に近いレンズ123までの流動距離は長くなるので、転写精度は低下することになる。この場合には、導光板120に入射する光が不均一になり、第2の側面172側が明るく、第3の側面側が暗くなるといった表示品質をひどく損なう問題が生じることとなる。
このように、樹脂を充填するにあたり、樹脂が対称性を維持して流動することが重要となる。図6に示した注入口222は第4の側面の中央に配置することで、距離における対称性を維持している。しかしながら、図8では距離ではなく、体積の中心を考慮して、体積中心から第2の側面172に垂線を延ばして交差する位置に注入口222を設けている。すなわち、体積中心に注入口222を設ければ、導光板1204つの側面に対して均一な速度で樹脂を充填することが可能である。
しかしながら、体積中心に注入口222を設けることは困難なため、第2の側面172(または第3の側面173)と体積中心からの垂線の交差する点に注入口222を配置した。第2の側面172(または第3の側面173)と体積中心からの垂線の交差する点に注入口222を配置することで、第1の側面171と第4の側面174に対して略均一な速度で樹脂を充填することが可能である。
また、注入口222から第1の側面171までの距離と、第2の側面172から第3の側面173までの距離に大差がないため、第2の側面172に近いレンズ123までの流動距離と第3の側面173に近いレンズ123までの流動距離とを問題無いまでの差に抑えることが可能である。
さらに、入光部124側で厚さが増加した導光板120では、体積中心が入光部124側に偏っており、注入口222を入光部124側に偏って配置することで、樹脂を充填する際に充填量の対称性を維持することが可能となる。
従って、第2の側面172(または第3の側面173)に注入口222を設ける場合では、注入口222が入光部124側に偏って配置されることとなる。すなわち、第2の側面172に注入口222を設ける場合では、注入口222を側面の中央に配置すると、樹脂成型における対称性を維持することができないといった問題を有することになる。
なお、出光部129側で圧力が大きくなることを考慮すると、体積中心から第2の側面172に伸びる垂線が交差する点よりも、さらに入光部124側に偏った位置に注入口222を設けることも有効である。
注入口222は導光板120の完成後は不要なため切断除去されるが、切断による歪みが原因の発光異常が生じることを対策するために、注入口222の厚さは導光板120と同じとする。また、切断位置も第2の側面172から導光板120の厚さ以上離すことが有効である。
なお、第1の側面171から第4の側面174までの距離が45mm程度の場合は、注入口222の幅は10mm以上とし、第1の側面171から第4の側面174までの距離が45mm以上の場合は、注入口222の幅は15mm以上とすることが好ましい。注入口222の幅が広いと流入する樹脂の量が多くなることと、第1の側面171および第4の側面174までの流動距離も短くなることで効果的である。
図9に、導光板120の第2の側面172に固定用突起221を設けたものを示す。固定用突起221は導光板120をバックライト内部に固定する目的で形成されており、バックライト内部に設けられた凹部に嵌め合されることで、導光板120を固定する。
前述したように導光板120の厚さは、1.0mmから0.2mmと薄いため、第2の側面172に設けられる固定用突起221は微細な形状となる。また、図8に示すように、樹脂の流れる方向とは逆方向に突出するため、充填する圧力も均一にかかり難いといった問題を有する。
また、固定用突起221は図8に示すように、金型223に嵌合して成型されるため、金型223から導光板120を取り出し難い形状となっている。そのため、固定用突起221は面取りした形状を有している。図10に固定用突起221の拡大図を示す。図10(a)は斜視図で、図10(b)は断面図である。
図10(b)に示すように、上面121側に設けられる固定用突起221の下面側にはテーパ225が形成されてある。このテーパ225により固定用突起221に樹脂が流れ込みやすくなっている。また、金型223から導光板120を取り出す際に容易に分離するようになっている。
符号224はエジェクトピン跡である。エジェクトピン跡224は金型223に嵌っている導光板120をピンにて押して取り出した跡で、樹脂表面上がわずかに凹んでいる。よって、エジェクトピン跡224は取り出し方向とは逆方向に形成される。また、テーパ225もエジェクトピン跡224と同様に取り出し方向とは逆方向に形成される。
なお、エジェクトピン跡224にもテーパが設けられている。エジェクトピン跡224にもテーパを設けることで、エジェクトピン跡224の角部で光が反射して不要な光として導光板120から出射することを防止している。
図8に示すように、エジェクトピン跡224は4つの側面のそれぞれに形成されているが、これは、注入口222を第2の側面172(または第3の側面173)に設けたためで、金型223から取り出す際に導光板120に歪みが生じ易いため、4つの側面にエジェクトピンを設け導光板120を金型に対して傾けることなく取り出している。
また、4つの側面にエジェクトピン跡224が残ってしまうと、エジェクトピン跡224による不要な光が増加することとなるため、エジェクトピン跡224にテーパやさらにはサンドブラスト加工を施すことが特に有効である。
また同様に、固定用突起221にテーパ225を設けたり、サンドブラスト加工を施すことで、固定用突起221の角部で光が反射して不要な光を生じさせることを防止することも可能となる。さらに、注入口222の切り離し跡も固定用突起221と同様にテーパ225を形成することも可能である。注入口222の切り離し跡にテーパを設けることで、注入口222の切り離し跡による不要な光の反射も防止可能となる。
なお、エジェクトピン跡224は点線226の外側に形成されているが、点線226は有効領域を示す仮の線である。有効領域内部には反射用の溝126が形成されて均一な光が液晶パネルに向けて上面121から出射する。
1…液晶パネル、2…TFT基板、5…駆動回路、6…駆動回路、8…画素部、9…表示領域、10…スイッチング素子、12…画素電極、21…ゲート配線(走査信号線)、22…映像信号線、70…FPC、71…配線、75…端子、80…制御回路、110…バックライト、112…プリズムシート、113…プリズムシート、114…拡散板、115…反射シート、116…遮光枠、120…導光板、121…上面、122…下面、125…入光面、126…溝、128…涙形レンズ、129…傾斜面、131…出射方向光線、蛍光発光部、158…アノード電極、159…カソード電極、160…フレキシブル基板、180…モールド、190…接着シート、191…ベースフィルム、220…導光板凸部。
Claims (12)
- 液晶パネルと、該液晶パネルに光を照射するバックライトと、
上記バックライトに設けられた発光素子と、
上記発光素子からの光が入射する導光板と、
上記発光素子が搭載される基板とを有し、
上記導光板は、
上記発光素子の出光面に対面し、発光素子からの光が入射する入光部と、
上記入射した光が出射する出射部とを有し、
上記出射部の側面で導光板の長さの半分よりも上記入光部側に樹脂の注入口を設けたことを特徴とする液晶表示装置。 - 上記発光素子の側面の厚さは上記導光板の出射部の厚さより厚いことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
- 上記入射部には、発光素子の光を拡散させて導光板に入射させるレンズを設けたことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
- 上記出射部の側面で、上記流入口とは異なる位置に突起部を形成したことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
- 液晶パネルと、該液晶パネルに光を照射するバックライトと、
バックライトに設けられた導光板と、
導光板の第1の側面に沿って配置された複数の発光ダイオードと、
上記発光ダイオードから光が入射する入射面に設けられたレンズと、
上記入射面から入射した光が出射する出光面と、
上記第1の側面を間に挟んだ導光板の第2と第3の側面のいずれか一方に設けられた樹脂の注入口と、
上記注入口とは異なる位置に設けられた上記第2または第3の側面の突起とを有し、
上記注入口の中心は上記導光板の体積中心から上記第2または第3の側面に伸ばした線の交点と重なることを特徴とする液晶表示装置。 - 上記発光ダイオードの厚さは、上記導光板の出光面の厚さより厚いことを特徴とする請求項5に記載の液晶表示装置。
- 上記突起には面取りが施されていることを特徴とする請求項5に記載の液晶表示装置。
- 上記入射面から上記出光面に向け傾斜面を設けたことを特徴とする請求項5に記載の液晶表示装置。
- 上記出光面に対向する下面を有し、上記出光面または下面にエジェクトピン跡を有することを特徴とする請求項5に記載の液晶表示装置。
- 液晶パネルと、該液晶パネルに光を照射する面状照明装置とを有する液晶表示装置において、
面状照明装置には出光面と該出光面に対向する底面とを有する導光板を設け、
導光板には出光面および底面と交差する第1、第2、第3、第4の側面を設け、
導光板の第1の側面に沿って複数のLEDを設け、
第1の側面からLEDの光を入射させて、第1の側面を導光板の入射面とし、
導光板に入射した光は導光板底面に設けられた散乱部材によって出光面側に向けられ出光面から出射し、
上記LEDの厚さを上記出光面と底面との間隔よりも広くし、
上記入射面と上記出光面との間に傾斜部を設け、
上記第1の側面に対向する位置に第4の側面を設け、
上記第1と第4の側面とを間に挟むように第2、第3の側面を設け、
上記第2または第3の側面に樹脂の注入口を設け、
上記注入口は上記第1の側面と第4の側面との中間点よりも上記第1の側面側に設けられたことを特徴とする液晶表示装置。 - 上記入射面に円柱状レンズを設けたことを特徴とする請求項10に記載の液晶表示装置。
- 上記第2または第3の側面に突起を設けたことを特徴とする請求項10に記載の液晶表示装置。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2007240401A JP2009069714A (ja) | 2007-09-18 | 2007-09-18 | 液晶表示装置 |
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JP2007240401A JP2009069714A (ja) | 2007-09-18 | 2007-09-18 | 液晶表示装置 |
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JP2009069714A true JP2009069714A (ja) | 2009-04-02 |
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011086419A (ja) * | 2009-10-14 | 2011-04-28 | Hitachi Ltd | 透明構造体、光源モジュール並びにこれを用いた照明装置,液晶表示装置及び映像表示装置 |
US8454221B2 (en) | 2011-07-25 | 2013-06-04 | Seiko Epson Corporation | Lighting unit, liquid crystal display, and electronic apparatus |
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JP2018117881A (ja) * | 2017-01-25 | 2018-08-02 | 株式会社三共 | 遊技機 |
-
2007
- 2007-09-18 JP JP2007240401A patent/JP2009069714A/ja active Pending
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