JP2011198468A - バックライトユニット、およびこれを用いた画像表示装置 - Google Patents

バックライトユニット、およびこれを用いた画像表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】サイドエッジ型のバックライトできめ細かなエリアアクティブ制御が可能なバックライトユニット、およびこれを用いた画像表示装置を提供する。
【解決手段】導光板と、前記導光板に光線を入光させる複数の光源と、前記複数の光源を選択的に点灯する点灯制御部とを備えるサイドエッジ型のバックライトユニットであって、前記導光板は複数のエリアに分割され、前記光源は前記導光板の各エリアに対応して配置され、前記各エリアには前記光源より入光された光を反射する反射面を有する光線出射部が形成され、前記反射面の法線は、複数の異なる方向を指向しており、前記各エリアごとに形成された光線出射部の前記反射面は、当該エリアに対応して配置された前記光源に対向している。
【選択図】図1

Description

本発明は、液晶表示パネル等の部分領域的な輝度制御を行うバックライトユニット、もしくは画像表示装置に関する。
近年、画像表示装置の代表的なものに液晶ディスプレイがある。液晶パネルに代表される非自発光デバイスは、自ら光を出すことができないために、バックライトによる照明光が必要である。即ち、液晶パネルにバックライトを組み合わせて液晶ディスプレイが構成される。現状では、液晶ディスプレイの表示品質の高画質化と薄型化が進んでいる。
画像表示装置の高画質化に関しては、コントラストの技術向上が求められる。従来、バックライトの輝度は一定であった為に、暗い画像を表示する場合などは、液晶パネルからバックライトの光が漏洩し、結果としてコントラストの低下につながっていた。この問題に対し、例えばバックライト輝度を落として点灯するなど、バックライトの輝度を制御する事で、ディスプレイとしてのコントラストを向上させることが試みられてきた。しかしながら、表示領域全域で均一に輝度制御を行うと、明るい部分と暗い部分が混在する画像に対しては、十分な効果が得られなかった。
そこで、最近では画像表示領域を部分的に輝度制御する事で画質の向上がなされている。具体的には、画面を複数のエリアに分割し、エリア内の画像の輝度やコントラストに応じて画像表示領域を部分的に輝度制御するものであり、この技術はエリアアクティブ或いはローカルディミング技術と呼ばれている。この技術は、バックライトの低消費電力化技術としても注目されている。
薄型化については、バックライトの薄型化が図られている。通常、バックライトは光源と光源からの光線を均一にする光学デバイスから成り、光学デバイスとしては、拡散シート、拡散レンズ、導光板などが使われる。バックライトの構成としては、直下型とサイドエッジ型に分けられる。直下型では、液晶パネル上の制御される領域の直下の位置に光源を並べる。サイドエッジ型では、光源がパネルの側部に位置し、導光板を通じて液晶パネルへ光を照射する。薄型化に対しては、導光板の端面に光源を配置したサイドエッジ型が厚み方向の部材が減らせるので有利であり、ノートパソコン、携帯電話等に使用されている。
このように、コントラストの向上と薄型化を実現するには、サイドエッジ型のバックライトでエリアアクティブ技術を用いれば良いと考えられるが、サイドエッジ型は導光板の周囲に光源を配置する為、表示領域の周縁部は輝度制御出来ても、表示領域の周縁部以外(中央部等)の領域の輝度制御を独立に行う事がこれまでは出来ていなかった。
これについて、特許文献1では、画面を2×n個のブロックに分割し、各々のブロックが有する光源の点灯、消灯を切り替える方法が示されている。また、特許文献2では、各々のブロックを形成する複数の導光板のそれぞれに光源を収める切断部が設けられ、一ブロックの導光板に光を入光させる光源と、隣り合う他のブロックの導光板が重畳されるように配置され、装置の薄型化を図るとともに、エリアアクティブを実現している。
特開 2009−199926号公報 特開 2007−293339号公報
しかしながら、特許文献1の方式によれば、表示画面を2×n個のブロックに分割することしかできないため、比較的小型の画面では制御が可能であるが、大画面の場合は、画面中央部に対する細かな輝度制御ができない。また、特許文献2では、サイドエッジ型導光板を敷き詰めた構成となっているが、導光板と同一面上に光源が配置できず、画面内部のブロックについても個々に光源が配置されるため、それらの光源の配線部材や、光源を支持する支持部材が必要であり、通常のサイドエッジ型と比べると、厚さが増して構成が複雑になるという問題がある。また、LED上部の導光板は、切断部の断面形状が不均一になり輝度ムラが発生しやすく、LED直近部分の導光板の輝度ムラも懸念される。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、サイドエッジ型のバックライトできめ細かなエリアアクティブ制御が可能なバックライトユニット、およびこれを用いた画像表示装置を提供することにある。
本発明に係るバックライトユニットは、導光板と、前記導光板に光線を入光させる複数の光源と、前記複数の光源を選択的に点灯する点灯制御部とを備えるサイドエッジ型のバックライトユニットであって、前記導光板は複数のエリアに分割され、前記光源は前記導光板の各エリアに対応して配置され、前記各エリアには前記光源より入光された光を反射する反射面を有する光線出射部が形成され、前記反射面の法線は、複数の異なる方向を指向しており、前記各エリアごとに形成された光線出射部の前記反射面は、当該エリアに対応して配置された前記光源に対向していることを特徴としている。
また、前記光源は、前記光源による光線出射方向が、前記光線出射部の長手方向に対して、略平行方向または略垂直方向となるように配置されることを特徴としている。
また、前記反射面の法線は、前記導光板の側端面に対向していることを特徴としている。
また、前記反射面の法線は、4つの異なる方向を指向していることを特徴としている。
また、前記光源は前記導光板と概略同一平面上に配置されることを特徴としている。
また、本発明に係るバックライトユニットは、光線出射方向に複数重ねて配置され、前記導光板のそれぞれから出射される領域が出射面に於いて互いにほぼ重複しない様に前記光線出射手段が配置されることを特徴としている。
また、本発明に係る画像表示装置は、導光板と、前記導光板に光線を入光させる複数の光源と、前記複数の光源を選択的に点灯する点灯制御部とを備えるサイドエッジ型のバックライトユニットであって、前記導光板は複数のエリアに分割され、前記光源は前記導光板の各エリアに対応して配置され、前記各エリアには前記光源より入光された光を反射する反射面を有する光線出射部が形成され、前記反射面の法線は、複数の異なる方向を指向しており、前記各エリアごとに形成された光線出射部の前記反射面は、当該エリアに対応して配置されるバックライトユニットを用いることを特徴としている。
また、本発明に係る導光板は、導光方向と異なる面から光を出射する導光板であって、前記導光板は複数のエリアに分割され、前記各エリアには、前記導光板に入光された光を反射する反射面を有する光線出射部が形成され、前記各エリアに形成された光線出射部の前記反射面は複数の方向より選択された一つの方向に面していることを特徴としている。
本発明のバックライトユニットによれば、サイドエッジ型のバックライトできめ細かなエリアアクティブ制御が実現され、ディスプレイの薄型化も可能となる。
(a)は、本発明の実施の形態1に係るバックライトユニット、及び液晶パネルを概略的に示した図であり、(b)は実施の形態1に係るバックライトユニットの平面図である。 本発明の制御ブロック図である。 (a)は、光線出射部の概略図、(b)は、光線出射部の断面図、(c)は、導光板内の光線の動きを示した図である。 (a)〜(d)、および(a’)〜(d’)は、光線出射部の反射面の法線の方向が異なる4つのパターンにおける光の反射態様を示した図である。 (a)は、光線出射部の反射面の4つの方向による光の反射パターンをy方向に一列に並べた場合の斜視図、(b)は概略平面図である。 (a)は、光線出射部の反射面の法線の方向が異なる4つの光の反射パターンを組み合わせて並べた一例を示す斜視図、(b)は概略平面図である。 実施の形態1に係るバックライトユニットの平面図である。 本発明の実施の形態2に係るバックライトユニット、及び液晶パネルを概略的に示した図である。 実施の形態2のバックライトユニットのパターンを示した図である。
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
(実施の形態1)
本発明の第1の実施形態について説明する。
図1(a)は、実施の形態1に係るバックライトユニット10および液晶パネル30の全体斜視図である。液晶パネル30の下に配されたバックライトユニット10は導光板1と導光板1の周囲を囲む側面8に配された光源2より成る。
導光板1は、平面矩形状(パネル状)の透明構造体であり、光線透過率の高い透明樹脂などから構成される。このような透明樹脂としては、たとえば、メタクリル樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂ポリエステル樹脂、環状ポリオレフィン樹脂など広く採用することができる。
光源2は、発光ダイオード(Light Emitting Diode:LED)が主に用いられ、例えば、青色LED,緑色LED及び赤色LEDを含むことができる。一つの光源2に対して複数のLEDが配置されてもよい。
図1(b)は、バックライトユニット10の平面図である。本実施の形態では、導光板1を縦3個、横6個の合計18個のエリアA1〜A18に分割して制御する構成を示している。
導光板1の側面の周囲には、導光板1のエリア分割数と同じ数だけの光源2(L1〜L18)が配置される。光源2はそれぞれ前記導光板1と概略同一平面上に配置され、光源2(L1〜L18)はそれぞれ上記導光板1のエリア(A1〜A18)に光を供給する。詳細については後述するが、導光板1の各エリアには、対応する光源2に対向して光線出射部が設けられており、光源2からの光を導光方向とは異なる面から出射する。ここでは、光源2の光源素子としてLEDを1個用いるものを一例として説明するが、一つの光源2に必要光量を得るために複数の光源素子を用いても良い。
図2に制御ブロック図を示す。点灯制御部としてのマイコン3では、液晶パネル30において、例えば明るく表示されるエリアを解析し、このエリアに対応する導光板1のエリア(A1〜A18)のみを明るく点灯させるように、対応する光源2(L1〜L18)を制御する情報をLEDドライバ4に入力する。このようにして、各光源2(L1〜L18)の発光輝度はマイコン3からLEDドライバ4に指示される。LEDドライバ4は指示された電流を各光源2(L1〜L18)に流す。マイコン3とLEDドライバ4の間は例えばシリアル通信をインターフェースとしておき、各LEDの番号と電流量を通信にて設定すれば、LEDドライバ4は設定値通りの電流を指示されたLEDに流すことが出来る。
次に、導光板1の構成について、図1(b)における導光板1のエリアA7を例示して詳細に説明する。
図3(a)は、導光板1の一つのエリアを示す概略図である。導光板1のエリアA7には光源2(L7)に対向する光線出射部5が設けられている。図1(b)で示したように、導光板1は複数のエリアに分割されており、それぞれのエリアに棒状の複数の光線出射部5が設けられている。なお、本実施の形態では、光線出社部5をひとつのエリアに複数設けているが、これに限られるものではない。光線出射部5は導光板1の底面9bに形成された断面が略三角形の溝である。詳細は後述するが、光源2から入射された光線は、光線出射部5より導光板1の上面9aから出射される。なお、光線出射部5である溝は導光板1よりも屈折率が小さな物質で充填されていても良く、屈折率が異なり、全反射を起こすようなものであればよい。また、複数の光線出射部5の高さWは全て一定である必要は無く、光源からの距離やその他条件によって適宜決定されればよい。また、隣り合う2つの光線出射部5の間隔についても全て一定である必要は無く、光源からの距離やその他条件によって適宜決定されればよい。
図3(b)は、光線出射部5の断面図である。光線出射部5の溝を構成する面のうち、導光板1の上面9aから見て面が見える部分を反射面6とする。反射面6は導光板1内を導光する光線を導光板1の上面9aに向けて反射する作用を持つ。角度vは導光された光を出射面で全反射させることが可能な角度であることが必要である。また、導光板1の一つのエリアに設けられた複数の光線出射部5の反射面6の向きは、すべて同じ方向に向けて配置されている。
図3(c)は導光板1内の光線の導光状態を示した概念図である。導光板1内の光線出射部5は反射面6を有し、光源2は反射面6と向き合う方向の導光板1の端面に配置される。この様に光線出射部5と光源2を配置する事で、光源2から入射された光線は全反射を繰り返しながら導光板1内を導光方向に進み、光線出射部5の反射面6にて導光板1の上面9aから出射される。液晶パネル30は導光板1の上方に配置されているので、出射された光線により液晶パネル30が照射される。
次に、光線出射部5と光源2の配置について説明する。ここで、反射面6に対する法線7を定義する。
図4は、光線出射部5の反射面6の法線7の方向が異なる4つのパターンにおける光の反射態様を示した図である。図中に座標軸も示す。
図4(a)は、導光板1に対して光線出射部5の反射面6をy軸に平行に配置し、反射面6の法線方向がy軸に垂直で且つx、z軸正方向に向いている場合の光の反射パターンである。この場合、光源2は導光板1のx軸正方向端に配置される。この配置を導光板パターンAとし、記号を図4(a’)に示す。図4(a’)のストライプは、導光板1に形成された光線出射部5を示している。また、黒の三角印の先端は法線7の指す方向を示している。
図4(b)は、導光板1に対して光線出射部5の反射面6をx軸に平行に配置し、反射面6の法線方向がx軸に垂直で且つy軸負方向、z軸正方向に向いている場合の光の反射パターンである。この場合、光源2は導光板1のy軸負方向端に配置される。この配置を導光板パターンBとし、記号を図4(b’)に示す。
図4(c)は、導光板1に対して光線出射部5の反射面6をx軸に平行に配置し、反射面6の法線方向がx軸に垂直で且つy、z軸正方向に向いている場合の光の反射パターンである。この場合、光源2は導光板1のy軸正方向端に配置される。この配置を導光板パターンCとし、記号を図4(c’)に示す。
図4(d)は、導光板1に対して光線出射部5の反射面6をy軸に平行に配置し、反射面6の法線方向がy軸に垂直で且つx軸負方向、z軸正方向に向いている場合の光の反射パターンである。この場合、光源2は導光板1のx軸負方向端に配置される。この配置を導光板パターンDとし、記号を図4(d’)に示す。
図5は、上記導光板パターンA〜Dを組合せてバックライトを構成したときの光の反射状態を示している。図5(a)は、導光板パターンA、B、C、Dをこの順にy軸方向に並べた構成を示す。ここでは、導光板パターンA〜Dは、それぞれ導光板1のエリアA1〜A4に対応している。また、導光板1のエリア(A1〜A4)と光源2(L1〜L4)も含めた配置図を図5(b)に示す。
エリアA1及びA4を点灯/消灯するには、光源2のL1及びL4を点灯/消灯すれば、導光板1内の光線出射部5の反射面6により、出射光線が出射されたり、あるいは出射されなかったりすることで、当該エリアが点灯/消灯出来る。この場合、それぞれ隣のエリアであるエリアA2及びA3には影響を及ぼさない。
エリアA2を点灯/消灯するには、光源L2を点灯/消灯する。光源L2を点灯すると、その光線はまずエリアA1内を導光するが、エリアA1は導光板パターンAであり、光線方向と光線出射部5の向きが略平行となっている為、光線はエリアA1からは出射されずに大部分はエリアA2に進む。エリアA2に於いては、導光板パターンBである為に、導光板1内の光線出射部5の反射面6により、光が全反射されて光線がエリアA2から出射する。この動作は、エリアA1が光源L1による点灯/消灯の状態に関わらず、エリアA1の影響を受けずにエリアA2を独立して点灯/消灯制御が出来る。エリアA3へ光が到達してもパターンCである為に光線が出射することは無い。
エリアA3についても同様の方法で、光源L3を点灯/消灯制御する事でエリアA3のみを独立に点灯/消灯制御出来る。
ここで、点灯/消灯だけでなく、光源2に与える電流値を制御すれば当該エリアの輝度制御が可能となる。
図6に光線出射部5の反射面6の法線7の方向が異なる4つの光の反射パターンを組み合わせてx方向、及びy方向に並べた一例を示す。図6は、導光板1をA1〜A9の9エリアに分割した場合について示しており、図6(a)に導光板の詳細形状を、図6(b)に導光板パターン及び光源2の各位置を示している。図5で示したのと同様の考え方で、光源L1〜L9を制御する事で以下のようにエリアA1〜A9の輝度をそれぞれ独立して制御することが出来る。
光源L1を制御すれば、導光板パターンDであるエリアA1の輝度が制御出来る。また、光源L2を制御すれば、導光板パターンDであるエリアA1を通過して導光板パターンBであるエリアA2の輝度が制御出来る。
同様にして、光源L3を制御すれば、導光板パターンDであるエリアA3の輝度が制御出来る。また、光源L4を制御すれば、導光板パターンBであるエリアA7を通過して導光板パターンAであるエリアA4の輝度が制御出来る。
また、光源L5を制御すれば、導光板パターンBであるエリアA2を通過して導光板パターンDであるエリアA5の輝度が制御出来る。また、光源L6を制御すれば、導光板パターンAであるエリアA4と、導光板パターンDであるエリアA5を通過して導光板パターンBであるエリアA6の輝度が制御出来る。
また、光源L7を制御すれば、導光板パターンBであるエリアA7の輝度が制御出来る。同様に、光源L8を制御すれば、導光板パターンAであるエリアA8の輝度が制御出来、光源L9を制御すれば、導光板パターンAであるエリアA9の輝度が制御出来る。
ここで、光源2からの光線が広がると導光板1からの出射光の効率が低下し、また、目的のエリア以外から光が出射する迷光の発生が懸念されるため、光線はxy平面上で出来るだけ広がらずに導光される事が望ましい。
また、今回は1枚の導光板1を複数のエリアに分割し、各エリアに光線出射部5を設け、導光板パターンA〜Dを縦横に連続して形成したが、1枚の導光板1に対し、一つの導光板パターンを設けたものを複数用意し、それらを例えば図6に示すように光線出射部5の法線7の指す方向を変えて並べ、導光板パターンA〜Dとして組み合わせて、隙間なく配置するようにしてもよい。この場合、一つの導光板パターンを複数作成し、それらの向きを変えて配置するだけで導光板パターンA〜Dを自在に組み合わせることが可能となる。
図7は、以上のようにして導光板パターンA〜Dを図1で示した18個のエリアに配置したものである。導光板1に形成された光線出射部5の反射面6と光源2の配置の組合わせパターンA〜Dにより、エリアA1〜A18は各々の光源L1〜L18により独立に点灯/消灯及び輝度制御が可能なバックライトユニット10が実現できる。
このバックライトユニット10を用いた画像表示装置によれば、表示品質の高画質化と装置の薄型化が可能となる。さらに、このバックライトユニット10は、非自発光デバイス用のバックライトとして用いられるだけではなく、単独で画像表示装置として用いることも可能である。
(実施の形態2)
図8、図9を参照して、本発明の第2の実施形態について説明する。上記実施の形態1では、導光板1を1段として用いた構成であったが、ここでは導光板を2段にして重ねて用いている点が異なる。
図8は、実施の形態2に係る液晶パネル30と導光板20の全体斜視図である。導光板20は、2枚の導光板より構成され、液晶パネル30に近い導光板を上部導光板21とし、その下に下部導光板22を配置する。上部導光板21及び下部導光板22の側面にはそれぞれ必要な光源2が配置される。
図9を用いて導光板20の詳細を説明する。上部導光板21及び下部導光板22はそれぞれ6×12のエリアに分割されている。上部導光板21では、エリアA1〜A36に対応する部分に導光板パターンA〜Dのいずれかの光線出射部5が設けられ、エリアB1〜B36には、光線出射部5は設けられておらず、透過性を有する導光板となっている。エリアA1〜A36は、対応する36個の光源2(L1〜L36)により、実施の形態1の説明に従って配置され、それぞれ独立に輝度制御される。
下部導光板22では、エリアA37〜A72に対応する部分に導光板パターンA〜Dのいずれかの光線出射部5が設けられ、エリアB37〜B72には、光線出射部5は設けられていない。ここで、エリアA37〜A72は、上部導光板21と重ねたときに、上部導光板21において光線出射部5が設けられていないエリアB1〜B36と対応するように光線出射部5が設けられる。エリアA37〜A72は、対応する36個の光源2(L37〜L72)により、実施の形態1の説明に従って配置され、それぞれ独立に輝度制御される。
上部導光板21及び下部導光板22の各エリアのうち、導光板パターンA〜Dが形成されないエリアB1〜B72は、透過性を有する導光板なので、重ねたときに下部導光板22の光は上部導光板21を透過する。パターンの配置については、上部導光板21及び下部導光板22を重ねたときに、それぞれの導光板からの光線出射面が互いに重ならない様に配慮される事が望ましく、2段の導光板からの光線出射エリアを合成したものが液晶パネル30に対して全面に照明していることが望ましい。この場合、上記液晶パネル30は72個のエリアが独立に輝度制御されることが可能になる。
エリアの分割数に合わせて光源2が導光板1の側部に配置されるので、エリアの分割数が多いと光源2を配置するスペースが足りなくなる虞があるが、本実施の形態のように、複数の導光板を重ねた構成とすることで、1段の導光板1に対する光源2の配置スペースを確保しておけば、重ねる導光板1を増やしてもそれ以上スペースが増えることが無い。
上記配置パターンは一例であり、他のパターンも考えられる。また、上記実施形態以外でも制御エリア数、導光板段数及びパターンの組合せは存在するが、本発明を制限するものではない。
以上のように本発明の実施の形態について説明を行ったが、上述の各実施の形態の構成を適宜組み合わせることも可能である。
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 導光板
2 光源
3 マイコン
4 LEDドライバ
5 光線出射部
6 反射面
7 法線
8 側面
9a 上面
9b 底面
10、20 バックライトユニット
21 上部導光板
22 下部導光板
30 液晶パネル

Claims (8)

  1. 導光板と、
    前記導光板に光線を入光させる複数の光源と、
    前記複数の光源を選択的に点灯する点灯制御部とを備えるサイドエッジ型のバックライトユニットであって、
    前記導光板は複数のエリアに分割され、
    前記光源は前記導光板の各エリアに対応して配置され、
    前記各エリアには前記光源より入光された光を反射する反射面を有する光線出射部が形成され、
    前記反射面の法線は、複数の異なる方向を指向しており、
    前記各エリアごとに形成された光線出射部の前記反射面は、当該エリアに対応して配置された前記光源に対向していることを特徴とするバックライトユニット。
  2. 前記光源は、前記光源による光線出射方向が、前記光線出射部の長手方向に対して、略平行方向または略垂直方向となるように配置されることを特徴とする請求項1に記載のバックライトユニット。
  3. 前記反射面の法線は、前記導光板の側端面に対向していることを特徴とする請求項1または2に記載のバックライトユニット。
  4. 前記反射面の法線は、4つの異なる方向を指向していることを特徴とする請求項1または2に記載のバックライトユニット。
  5. 前記光源は前記導光板と概略同一平面上に配置されることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のバックライトユニット。
  6. 前記バックライトユニットが光線出射方向に複数重ねて配置され、前記導光板のそれぞれから出射される領域が出射面に於いて互いにほぼ重複しない様に前記光線出射手段が配置されることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のバックライトユニット。
  7. 請求項1〜6のいずれかに記載のバックライトユニットを用いることを特徴とする画像表示装置。
  8. 導光方向と異なる面から光を出射する導光板であって、
    前記導光板は複数のエリアに分割され、
    前記各エリアには、前記導光板に入光された光を反射する反射面を有する光線出射部が形成され、
    前記各エリアに形成された光線出射部の前記反射面は複数の方向より選択された一つの方向に対応していることを特徴とする導光板。
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