JP3817877B2 - 照明パネルおよびそれを用いた表示装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、サイドライト型の照明パネルおよびそれを用いた表示装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
前面から光を出射する照明パネルとして、サイドライト型と呼ばれるものがある。
従来、このサイドライト型の照明パネルは、少なくとも一端面を光源からの光の入射面とし、前面を前記一端面から取り込んだ光の出射面とした導光体と、その導光体の一端面に対向させて配置した光源部とから構成されている。
【0003】
この導光体には、一般に、アクリル系樹脂等からなる平板状の透明板が用いられており、前記光源部には、直管状の蛍光ランプや、複数のLED(発光ダイオード)を整列したLEDアレイ等が用いられている。
【0004】
この照明パネルは、光源部からの光を導光体で導き、その前面のほぼ全域から出射するものであり、光源部からの光が導光体内にその一端面から取り込まれ、この導光体内で反射を繰り返えした後にその前面より出射させるものである。
【0005】
前記照明パネルは、液晶表示素子のような光の透過を制御して表示する透過型の表示手段を用いる表示装置のバックライトなどに用いられており、例えば液晶表示素子を用いる液晶表示装置は、前記液晶表示素子の背後に対向させて前記照明パネルを配置した構成となっている。
【0006】
この照明パネルを備えた表示装置には、前記照明パネルの光を利用する表示だけを行なうものと、前記照明パネルの光を利用する表示と自然光や室内光等の外光を利用する表示との両方を行なう、いわゆる2ウエイ表示型のものがあり、従来の2ウエイ表示装置は、上記表示手段とその背後に配置した前記照明パネルとの間に半透過反射板を配置した構成となっている。
【0007】
この2ウエイ表示装置は、充分な明るさの外光が得られるときは外光を利用する反射型表示を行ない、充分な明るさの外光が得られないときは、前記照明パネルの光源部を点灯させて、この照明パネルの光を利用する透過型表示を行なうものである。外光を利用する反射型表示のときは、表示手段の前方側から入射する外光を半透過反射板で反射させ、再度表示手段を透過させて出射することにより表示が行われ、照明パネルの光を利用する透過型表示のときは、前記照明パネルからの光源光のうちの半透過反射板を透過した光が、表示手段への入射光となり、その光が前記表示手段を透過して出射することにより表示が行われる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の2ウエイ表示装置は、外光を利用するときも、照明パネルの光を利用するときも、明るい表示が得られないという問題をもっている。
これは、従来の照明パネルには外光を反射させ表示手段の前方に出射する機能は無く、したがって表示装置を2ウエイ表示型とするには、半透過反射板が必要不可欠であるためである。
【0009】
すなわち、前記半透過反射板は、その反射/透過率特性に応じて入射光を反射および透過させるため、外光を利用する反射型表示では、入射した外光のうちの半透過反射板の透過率に対応した量の光が半透過反射板を透過してロス光となり、また、照明パネルの光を利用する透過型表示では、照明パネルから出射した光源光のうちの半透過反射板の反射率に対応した量の光が半透過反射板で反射されてロス光となってしまった。
【0010】
そのため、従来の2ウエイ表示装置は、外光を利用するときも、照明パネルの光を利用するときも、光の利用効率が低く、外光を利用する表示と、照明パネルの光を利用する表示とのいずれの場合でも表示が暗くなってしまう。
【0011】
この発明は、サイドライト型の照明パネルとして、光源部からの光と表示手段の前方から入射する外光とをそれぞれ表示手段の前方に出射することができ、しかも、光源からの光を出射するときも、表示手段の前方から入射する外光を反射させて出射するときも、それらの光を効率良く出射させて高輝度の出射光を得ることができるものを提供するとともに、この照明パネルを用いた、外光を利用する反射型表示と照明パネルの光を利用する透過型表示との両方が充分に明るい2ウエイ表示を行なうことができる表示装置を提供することを目的としたものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
この発明の照明パネルは、光源と、
前記光源からの照明光が入射する少なくとも1つの端面と、前記端面と直交する複数の段面と、該複数の段面をつなぎ、前記端面から入射した前記照明光を出射する複数の段差面とからなり、前記照明光が出射される前方に配置された階段形状面と、前記各段面上に形成され、前記階段形状面に前方から入射した外光を前記前方に反射する複数の反射面とを備え、透明樹脂により一体的に形成された第1の導光体と、
前記第1の導光体の前記階段形状面側に配置され、光を出射させる前面と、前記第1の導光体の前記段差面から出射された照明光を入射させる第1の光学界面と、この入射した照明光を前面方向に内面反射させる第2の光学界面とを有する突起を備え、前記第 1 の導光体から出射した照明光を前面方向に出射し、且つ前記前面方向から入射して前記第1の導光体の段面上の反射面により反射した外光を前記前方に出射する第2の導光体とからなることを特徴とする。
【0013】
すなわち、この発明の照明パネルは、前記光源部からの光が、第1の導光体内にその端面から取り込まれ、前記階段形状面の複数の段差面から出射し、第2の導光体の背面より取り込まれて前面より出射する。また、前記第2の導光体の前面に入射した外光は、第2の導光体の前記背面より出射して前記第1の導光体の複数の段面に設けた反射膜で反射され、その反射光が再び前記第2の導光体の背面に取り込まれ、前記前面より出射する。よって、この照明パネルは、前記光源部からの光をパネル前方に出射するだけでなく、パネル前方から入射する外光を反射させてパネル前方に出射する機能をもっている。
【0014】
したがって、この照明パネルによれば、光源部から第1の導光体に取り込まれた光のほとんどが前記第1の導光体の前記段差面から出射し、その光が第2の導光体に取り込まれてそのパネル前方に出射するとともに、パネル前方より前記第2の導光体にその前面に入射する外光が、この第2の導光体を透過して前記第1の導光体の複数の段面の反射膜で反射され、その反射光が第2の導光体を透過してパネル前方に出射するため、光源部からの光を出射するときも、パネル前方から入射する外光を反射させて出射するときも、その光を効率良くパネル前方に出射して高輝度の出射光を得ることができる。
【0015】
また、この発明の表示装置は、光の透過を制御して表示する透過型の表示手段と、この表示手段の背後に対向させて配置された、光源からの光と前方から入射する外光とをそれぞれ前方に出射する前記照明パネルとを備えたことを特徴とするものである。
【0016】
この表示装置は、充分な明るさの外光が得られるときは外光を利用する反射型表示を行ない、充分な明るさの外光が得られないときは、前記照明パネルの光源部を点灯させて、この照明パネルの光を利用する透過型表示を行なう2ウエイ表示型のものであり、照明パネルの光を利用するときは、前記照明パネルからの光が表示手段に入射し、その光が前記表示手段を透過して出射する。また、外光を利用するときは、パネル前方から入射する外光が表示手段を透過して前記照明パネルで反射され、その反射光が再び前記表示手段を透過して出射する。
【0017】
すなわち、この表示装置は、表示手段の背後に、光源部からの光と表示手段の前方から入射する外光とをそれぞれ表示手段の前方に出射する照明パネルを配置することにより、半透過反射板を用いずに2ウエイ表示を行なえるようにしたものであり、したがって、半透過反射板による光のロスが無く、また前記照明パネルが、光源部からの光も、表示手段の前方から入射する外光もいずれも効率良く表示手段の前方に出射するため、外光を利用する反射型表示と、照明パネルの光を利用する透過型表示との両方を充分に明るくすることができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
この発明の照明パネルは、上記のように、光源と、前記光源からの照明光が入射する少なくとも1つの端面と、前記端面と直交する複数の段面と、該複数の段面をつなぎ、前記端面から入射した前記照明光を出射する複数の段差面とからなり、前記照明光が出射される前方に配置された階段形状面と、前記各段面上に形成され、前記階段形状面に前方から入射した外光を前記前方に反射する複数の反射面とを備え、透明樹脂により一体的に形成された第1の導光体と、前記第1の導光体の前記階段形状面側に配置され、光を出射させる前面と、前記第1の導光体の前記段差面から出射された照明光を入射させる第1の光学界面と、この入射した照明光を前面方向に内面反射させる第2の光学界面とを有する突起を備え、前記第 1 の導光体から出射した照明光を前面方向に出射し、且つ前記前面方向から入射して前記第1の導光体の段面上の反射面により反射した外光を前記前方に出射する第2の導光体とを有する。
【0019】
この照明パネルでは、光源光は、第1の導光体の段差面から出射し、第2の導光体内にその背面より取り込まれて前面より出射する。また、第2の導光体の前面に入射する外光はその背面より出射し、前記第1の導光体の複数の段面上の反射膜で反射し、再び、第2の導光体にその背面より取り込まれて前面から出射する。このように、光源からの光と、パネル前方から入射する外光との両方とも、効率良くパネル前方に出射して高輝度の出射光を得るようにしたものである。
【0020】
また、この発明の照明パネルにおいて、前記第2の導光体は、照明光が出射する前面と、前記第1の導光体の前記複数の段差面から出射する光を取り込む第1の光学界面と、前記第1の光学界面から取り込んだ光を前方へ反射または屈折させる第2の光学界面とを有する突起からなる入射部を少なくとも1つ備えた背面とを有しているので、第2の導光体をこのような構成とすることにより、前記第1の導光体の階段形状面(前面)の複数の段差面から出射する光のほとんどを、ロスなく前記第2の導光体に取り込んで出射することができるとともに、その出射光を所定方向に高い輝度で出射する指向性を持った輝度分布の光とすることができる。
【0021】
さらに、この場合、前記第2の導光体の前記第2の光学界面は、曲面形状をなす集光屈折面とするのがより望ましく、このようにすれば、前記第1の光学界面から取り込まれて他方の第2の光学界面により、その前面側に向けて屈折される光が、前記集光屈折面の集光作用によって所定の方向に集光するため、より強い指向性を持った輝度分布の光を出射することができる。
【0022】
さらに、前記第2の導光体の前記複数の入射部は、間隔を存して設けられており、前記第2の導光体の隣接する前記入射部の間の領域が、前記第1の導光体の前記複数の段面に対向し、光を入射および出射する第3の光学界面となっており、複数の段面から出射する光源光を第2の導光体に取り込んで出射することができる。
【0023】
また、前記第1の導光体の複数の段差面と第2の導光体の複数の入射部とは、互いに異なるピッチで設けるのが望ましく、このようにすれば、第1の導光体の段差面と第2の導光体の入射部との相対的なピッチのずれを非周期的にするか、あるいはその周期を大きくして、モアレ縞のない良好な光を出射することができる。
【0024】
さらに、この発明の照明パネルにおいては、前記第2の導光体の前面に光拡散部材を設けてもよく、このようにすれば、光の出射角範囲を広くすることができるとともに、外光の取り込み角を大きくしてより多くの外光を取り込み、さらに高輝度の反射光を出射することができる。
【0025】
また、この発明の表示装置は、上記のように、表示手段の背後に、光源部からの光とパネル前方から入射する外光とをそれぞれパネル前方に出射する照明パネルを配置することにより、外光を利用する表示と、照明パネルの光を利用する表示との両方が充分に明るい2ウエイ表示を行なえるようにしたものである。
この表示装置において、前記表示手段は、どのような表示方式のものであってもよく、また前記照明パネルは、上述したいずれの形態のものであってもよい。
【0026】
【実施例】
図1および図2はこの発明の第1の実施例を示しており、図1は照明パネルを備えた2ウエイ表示装置の側面図、図2は前記照明パネルの一部分の拡大側面図である。
【0027】
この実施例の表示装置は、光の透過を制御して表示する透過型表示手段として液晶表示素子を用いたものであり、図1に示すように、液晶表示素子1と、この液晶表示素子1の背面に対向させて配置された照明パネル10とからなっている。
【0028】
前記液晶表示素子1は、その内部構造は図示しないが、前後一対の透明基板2,3を枠状のシール材4を介して接合し、その両基板2,3間の前記シール材4で囲まれた領域に液晶を封入したものであり、両基板2,3の内面にはそれぞれ液晶層に電界を印加するための透明な電極が設けられている。
【0029】
なお、この実施例で用いた液晶表示素子1は、カラー画像を表示するアクティブマトリックス液晶表示素子であり、一方の基板、例えば後側基板3の内面には、マトリックス状に配列する複数の画素電極と、これらの画素電極にそれぞれ接続された複数のTFT(薄膜トランジスタ)からなるスイッチング素子と、各行のTFTにゲート信号を供給するゲートラインと、各列のTFTにデータ信号を供給するデータラインとが設けられ、他方の基板(前側基板)2の内面には、前記各画素電極にそれぞれ対応させて交互に配列された複数の色(例えば赤、緑、青)のカラーフィルタと、前記各画素電極の全てに対向する対向電極とが設けられている。
【0030】
また、この液晶表示素子1は、例えばTN(ツィステッドネマティック)型のものであり、基板2,3間に封入された液晶の分子は、両基板2,3の内面に設けられた配向膜によりそれぞれの基板の近傍における配向方向を規制されて、両基板2,3間において所定のツイスト角でツイスト配向しており、また両基板1,2の外面にそれぞれ偏光板(図示せず)が設けられている。
【0031】
次に、前記照明パネル10について説明すると、この照明パネル10は、図1および図2に示すように、第1の導光体11と、この第1の導光体11の側方に配置された光源部14と、前記第1の導光体11の前面側に配置された第2の導光体17と、第1の導光体の背面に対向して配置された平板状の鏡面反射板20とからなっている。
【0032】
前記第1の導光体11は、アクリル系樹脂等からなる透明板であり、その背面は前記反射板20と対向する平坦面となっており、一端面が、前記光源部14からの光を取り込む、光取り込み端面(以下、入射端面という)11aとなっている。
【0033】
また、この導光体11の前面側には、互いにほぼ平行で前記入射端面11aから遠ざかる方向に向かって前記背面との間隔を狭める平坦な複数の段面12aと、これらの段面12aをつなぐ段差面12bとから微小ピッチの階段形状面12が形成されており、この階段形状面12の前記複数の段面12aは、その段面12aの面全体にアルミニウム等の高反射率金属を蒸着した反射面13が形成されており、そして前記複数の段面12aから立ち上がって隣接する段面12aをつなぐように形成された複数の段差面12bには、反射機能を持った金属膜は形成されていない。
【0034】
すなわち、この第1の導光体11は、光源部14からの光を前記入射端面11aから取り込み、その光を複数の段差面12bから出射するとともに、外部から階段形状面12の複数の段面12aに入射する光を、前記各段面12a上に設けた反射膜13で反射する。
【0035】
なお、前記光源部14は、例えば、第1の導光体11の入射端面11aの全長にわたる長さの直管状蛍光ランプ15と、この蛍光ランプ15からの放射光を反射させるリフレクタ16とからなっており、この光源部14は、第1の導光体11の側方に、その入射端面11aに対向させて配置されている。
【0036】
一方、前記第2の導光体17は、パネル前方からその前面に入射する外光を背面に出射し、前記第1の導光体11の階段形状面12の各段面12a上に形成された反射膜13で反射された光をその背面から取り込んでパネル前方に出射する。
【0037】
この第2の導光体17は、前記第1の導光体11とほぼ同じ横幅を有するアクリル系樹脂等からなる透明板であり、そのパネル側の前面は平坦面とされ、背面には、前記第1の導光体11の階段形状面12の各段差面12bから出射する光を受けるための所定のピッチで一体に突設された複数の入射部18が設けられている。
【0038】
これらの複数の入射部18は、この第2の導光体17の横幅全長にわたる長さの横長形状に形成されており、前記第2の導光体17は、その背面の複数の入射部18の長さ方向を第1の導光体11の複数の段差面12bの長さ方向と平行にするとともに、前記複数の入射部18の先端を第1の導光体11の複数の段面12aに近接または当接させて配置されている。
【0039】
この第2の導光体17の複数の入射部18はそれぞれ、突起状の断面形状を有しており、第1の導光体11の複数の段差面12bと対向する一方の側面が、前記段差面12bからの出射光を取り込む第1の光学界面18aとなり、他方の側面が、前記第1の光学界面18aから取り込んだ光を第2の導光体17の前面方向(すなわちパネル前方)に向けて屈折/反射させる第2の光学界面18bになっている。
【0040】
なお、前記第1の光学界面18aは、前記各段差面12bとほぼ平行またはそれに近い傾きをもった面であり、かつ前記各段面12aとは90度を越えない角度をなす面である。また、前記第2の光学界面18bは、第2の導光体17の前面の法線となす角度が前記第1の光学界面18aがなす角度よりも大きな傾斜角度をもつ傾斜面となっている。より望ましくは、前記第1の光学界面18aが5度〜15度傾斜し、前記第2の光学界面18bが20度〜50度傾斜した傾斜面をなす。
【0041】
したがって、第2の導光体17の背面には、第1の光学界面18aと第2の光学界面18bと傾斜角度の異なる傾斜面が溝状に形成されている。
また、前記各入射部18は間隔を存して設けられており、第2の導光体17の背面の各入射部18の間の領域は、前記第1の導光体11の各段面12a上に形成されれた反射膜13に対向する第3の光学界面19が形成されている。この第3の光学界面19は、第1の導光体11の各段面12aとほぼ平行またはそれに近い傾きをもった面である。
【0042】
さらに、前記複数入射部18は、前記第1の導光体11の複数の段差面12bのピッチとは異なるピッチで設けられている。この実施例では、図1および図2に示したように、第2の導光体17の複数の入射部18を、第1の導光体11の複数の段差面12bのピッチよりも小さく、かつ、前記複数の段差面12bのピッチの1/2よりも大きいピッチで設けており、したがって、第1の導光体11の各段差面12bは、それぞれが必ず少なくとも1つの第2の導光体17の入射部18に対応している。
【0043】
なお、図1では、便宜上、第1および第2の導光体11,17の階段形状面12および各入射部18を大きく拡大して示しているが、前記第2の導光体17の入射部18のピッチは、上記液晶表示素子1の画素ピッチとほぼ同じか、あるいは前記画素ピッチの整数分の1であり、第1の導光体11の複数の段差面12bのピッチは、前記複数の入射部18のピッチよりも若干大きいピッチである。
【0044】
そして、この実施例の液晶表示装置では、上記照明パネル10を、その光源部14の配置側を外光の主な取り込み方向に向けて、液晶表示素子1の背後に配置している。
【0045】
すなわち、2ウエイ表示型の液晶表示装置は、外光を利用するときは通常の反射型液晶表示装置と同様に、画面の法線に対して画面の上縁側に傾いた方向(明るい外光が得られる方向)から主に外光を取り込むように画面を向けて使用されるため、この実施例では、上記照明パネル10を、光源部14の配置側を外光の主な取り込み方向である画面の上縁側、つまり液晶表示素子1の上縁側(図1において左側)に向けて配置している。
【0046】
上記液晶表示装置は、充分な明るさの外光が得られるときは外光を利用する反射型表示を行ない、充分な明るさの外光が得られないときは、前記照明パネルの光源部14を点灯させて、この照明パネルの光を利用する透過型表示を行なう2ウエイ表示型のものであり、後述するように、照明パネルの光を利用するときは、前記照明パネル10からの光が液晶表示素子1に入射し、その光が液晶表示素子1を透過して出射する。また、外光を利用するときは、液晶表示素子1に素子前方からその前面に入射する外光が、液晶表示素子1を透過して照明パネル10で反射され、その反射光が再び液晶表示素子1を透過して素子前方に出射する。
【0047】
まず、前記照明パネル10からの光を利用する表示について説明すると、前記照明パネル10の光源部14は、この照明パネル10を使用するときに点灯される。
【0048】
この光源部14からの光は、第1の導光体11にその入射端面11aから取り込まれてこの導光体11内を導かれ、図2に実線で示した経路のように、階段形状面12の複数の段差面12bから出射する。
【0049】
なお、前記第1の導光体11にその入射端面11aから取り込まれた光のうち、前記複数の段差面12bに向かう光以外の光のうち、前記導光体背面とほぼ平行な方向に進む光、また前記各段面12aおよび導光体の背面に向かって進む光は、前記各段面12aの反射膜13および導光体の背面と外気(空気)との界面によって反射されながら導光体11内をその長さ方向に導かれ、その光の向きが、前記複数の段差面12bの方向にかえられ、前記複数の段差面12bから出射する。そして、前記第1の導光体11の階段形状面12の複数の段差面12bから出射した光は、第2の導光体17の背面に形成された突起状の複数の入射部18に入射する。
【0050】
なお、前記複数の段差面12bからの出射光のなかには、図2に示したように、次の段面12aに向かって出射する光もあるが、その光は、次の段面12a上の反射膜13で反射されて前記入射部18に入射する。また、第1の導光体の背面と外気(空気)との界面に入射した光のうち、この界面を透過した光は、前記第1の導光体の背面に対向して設けられた反射板20により反射されて、再び第1の導光体に入射し、前記各段面12aの反射膜13および導光体の背面と外気(空気)との界面及び反射され前記反射板20との間で複数回の反射を繰り返すことにより、その光の向きが前記複数の段差面12bの方向にかえられ、前記複数の段差面12bから出射する。このため、反射板20を前記第1の導光体の背面に配置することにより、第1の導光体の背面から漏れる光を無駄無く段差面12bから出射させることができる。
【0051】
また、上述したように、第1の導光体の各段差面12bは、全て第2の導光体17の複数の入射部18のうち少なくとも1つに必ず対向しているため、第1の導光体11の各段差面12bから出射した光は、ほとんどロス光となることなく、いずれかの入射部18に入射する。
【0052】
そして、前記複数の入射部18に入射した光は、これら入射部18の第1の光学界面18aから入射部18内に取り込まれ、その反対側の導光体と外気との第2の光学界面18bで全反射されて、第2の導光体17の前面方向に向けて出射する。
【0053】
この実施例では、前記複数の入射部18の第2の光学界面18bの傾斜角を、この面で反射された光の向きが、第2の導光体17の前面の法線近傍の方向(正面方向)になるように設定しており、したがって、第2の導光体17の前方に出射する光は、この導光体17の正面方向の輝度が高い指向性を持った分布の光である。
【0054】
なお、前記第2の光学界面18bの傾斜角は、第2の導光体17の前面の法線に対して20度〜50度の範囲にした場合にもっとも光を正面方向を集めることができる。
【0055】
そして、前記第2の導光体17の前方に出射した光、つまり照明パネル10からの出射光は、液晶表示素子1にその背面から入射し、この液晶表示素子1を透過してその素子前方に出射する。
【0056】
次に、外光を利用する表示について説明すると、このときは、液晶表示素子1にその素子前方から入射した外光が、前記液晶表示素子1を透過して前記照明パネル10の第2の導光体17にその前方から入射する。
【0057】
この実施例では、上述したように、照明パネル10を、その光源部14の配置側を液晶表示装置の外光の主な取り込み方向である画面の上縁側(液晶表示素子1の上縁側)に向けて配置しているため、前記第2の導光体17に入射する光は、主に光源部14の配置側から入射する。
【0058】
前記第2の導光体17にその前方から入射した外光は、図2に破線で示した経路のように、この導光体17をその厚さ方向に導かれてその背面から出射し、第1の導光体11の複数の段面12a上に形成された反射膜13で反射される。
【0059】
なお、前記第2の導光体17にその前方から入射する外光は、図2に示したように様々な入射角で入射するが、この第2の導光体17に入射した光のうち、その背面の各入射部18の前記第2の光学界面18bと、前記隣接する入射部18の間の第3の光学界面19に向かう光は、これらの面18b,19と外気との界面を透過して背面より出射し、第1の導光体11の複数の段面12a上に形成された反射膜13で反射される。
【0060】
また、前面より前記各入射部18の第1の光学界面18aに向かう光は、この第1の光学界面18aと外気との界面で全反射されて向きを変え、前記第2の光学界面18bまたは第3の光学界面19から背面に出射して、第1の導光体11の各段面12a上の反射膜13で反射される。
【0061】
前記第1の導光体11の複数の段面12a上の反射膜13で反射された反射光は、前記第2の導光体17にその背面から取り込まれ、この導光体17内を厚さ方向に導かれてその前方より出射する。
【0062】
このとき、第1の導光体11の複数の段面12a上の反射膜13で反射した光は、前記各段面12aと前記各入射部18の第1の光学界面18aとのなす角度が大きいので、前記反射光は、そのほとんどが第2の光学界面18bおよび第3の光学界面19から取り込まれるが、その取り込まれた光のうち、第1の光学界面18aに向かう光は、この面18aと外気との界面で全反射されて向きを変え、前記第2の光学界面18bおよび第3の光学界面19から直接導光体前面に向かう光の方向に近い方向に向かうため、第2の導光体17の前方に出射する光は、この第2の導光体17にその前方から入射した光が集光された高輝度の光であり、また、この出射光も、導光体17の正面方向に出射する光の輝度が高い輝度分布の光である。
【0063】
そして、前記第2の導光体17の前面からパネル前方に出射した光、つまり前方から入射した外光を照明パネル10で反射された光は、液晶表示素子1にその背面から入射し、この液晶表示素子1を透過してその素子前方に出射する。
【0064】
すなわち、上記照明パネル10は、光源部14からの光を第1の導光体11にその入射端面11aから取り込んでこの導光体11の複数の段差面12bから出射し、その光を第2の導光体17にその背面から取り込んでこの導光体17の前面に出射するとともに、前記第2の導光体17にその前方から入射する光をこの導光体17の背面に出射して前記第1の導光体11の各段面12aで反射させ、その反射光を前記第2の導光体17にその背面から取り込んでこの導光体17の前面よりパネル前方に出射するものである。さらに、この照明パネル10は、前記光源部14からの光をパネル前方に出射するだけでなく、パネル前方から入射する外光を反射させてパネル前方に出射する機能ももっている。
【0065】
したがって、この照明パネル10によれば、光源部14からの光とパネル前方から入射する外光とをそれぞれパネル前方に出射することができ、また、第1の導光体11に取り込まれた光源部14からの光のほとんどが前記第1の導光体11の複数の段差面12bから出射し、その光が第2の導光体17に取り込まれてその前面より前方に出射するとともに、前記第2の導光体17にそのパネル前方から前面に入射する外光が、この第2の導光体17を透過して前記第1の導光体11の複数の段面12aで反射され、その反射光が第2の導光体17を透過してその前面より前方に出射するため、光源部14からの光を出射するときも、パネル前方から入射する外光を出射するときも、その光を効率良くパネル前方に出射して高輝度の出射光を得ることができる。
【0066】
すなわち、上記照明パネル10は、原理的には、光源部14からの光をほぼ100%出射するとともに、パネル前方から入射した外光もほぼ100%反射させて出射できるものである。さらに、上記実施例では、前記第2の導光体17を、前記複数の入射部18を間隔を存して設け、導光体後面の前記各入射部18の間の領域を、前記第1の導光体の各段面12a上の反射面13に対応する第3の光学界面19とした構成としているため、この第2の導光体17の前方から入射した外光を、この導光体17の背面側の前記各入射部18およびその間の第3の光学界面19から出射させるとともに、前記第1の導光体11の各段面12aで反射された光を、前記各入射部18およびその間の第3の光学界面19から第2の導光体17に取り込んで、その光をパネル前方に出射することができる。
【0067】
また、上記照明パネル10は、前面を階段形状面とした第1の導光体11の前面側と、第2の導光体17の複数の入射部18を設けた背面側とを対向させて配置したものであるが、前記第1の導光体11の複数の段差面12bと第2の導光体17の複数の入射部18とを、互いに異なるピッチで設けているが、第1の導光体11の複数の段差面12bと第2の導光体17の複数の入射部18との相対的なピッチのずれを非周期的にするか、あるいはその周期を大きくしても、モアレ縞の無い良好な光を出射することができる。
【0068】
すなわち、前記第1の導光体11の複数の段差面12bのピッチと第2の導光体17の複数の入射部18のピッチとを同じにする場合は、それぞれの導光体11,17の加工精度に全く誤差がなければ、出射光にモアレ縞が生ずることはないが、現実には、ある程度の誤差は避けられず、前記導光体11,17の加工精度に誤差があると、第1の導光体11の複数の段差面12bのピッチと第2の導光体17の複数の入射部18のピッチとが周期的にずれるため、出射光にモアレ縞が発生する。
【0069】
しかし、上記実施例のように、第1の導光体11の複数の段差面12bのピッチと第2の導光体17の複数の入射部18のピッチとを互いに異なるピッチになるように設計すれば、導光体11,17の製作精度の誤差の有無にかかわらず、第1の導光体11の段差面12bと第2の導光体17の入射部18との相対的なピッチのずれが非周期的になるか、あるいは周期的であってもその周期が大きくなるため、出射光にモアレ縞が生じることはない。
【0070】
そして、上記液晶表示装置は、液晶表示素子1の背後に、光源部14からの光とパネル前方から入射する外光とをそれぞれパネル前方に出射する上記照明パネル10を配置したものであり、したがって、半透過反射板を用いずに2ウエイ表示を行なうことができる。
【0071】
そのため、前記液晶表示装置によれば、半透過反射板による光のロスが無く、また前記照明パネル10が、光源部14からの光も、パネル前方から入射する外光も効率良くパネル前方に出射できるため、外光を利用する表示と、照明パネル10の光を利用する表示との両方を充分に明るくすることができる。
【0072】
しかも、上記照明パネル10は、上述したように、所定方向に出射する光の輝度が高い輝度分布の光を出射するため、この照明パネル10を、正面方向に出射する光の輝度が高い輝度分布の光を出射するように設計(前記第2の光学界面18bの傾斜角を設計)することにより、正面輝度の高い画像を表示することができる。また、上記照明パネル10は、上述したようにモアレ縞の無い光を出射するため、前記液晶表示装置の表示画像は、モアレ縞の無い良好な画像である。
【0073】
図3はこの発明の第2の実施例を示す照明パネルの一部分の拡大側面図であり、この実施例の照明パネル10は、前記第2の導光体17の前方に、光拡散部材30を設けたものである。
【0074】
なお、この実施例の照明パネル10は、その出射面である前面に光拡散部材30を設けたものであるが、その他の構成は図1および図2に示した第1の実施例と同じであるから、重複する説明は図に同符号を付して省略する。
【0075】
この実施例では、前記光拡散部材30として、拡散板または、板面に垂直で特定の方向に沿った面に対して所定角度以上傾いた角度範囲の入射角で入射した光に対して散乱性を示し、前記所定角度より小さい角度範囲の入射角で入射した光に対してはほとんど散乱性を示さない選択散乱特性を有する散乱板を用いている。
【0076】
この実施例の照明パネル10によれば、光源部14(図1参照)からの光を出射するときも、パネル前方から入射する外光を出射するときも、図に実線および破線で示した経路のように、第2の導光体17の前面よりパネル前方に出射する光が前記光拡散部材30により拡散されるため、光の出射角範囲を広くすることができる。
【0077】
また、この実施例によれば、その前記光拡散部材30の表面に対してかなり小さい入射角で入射する外光も、前記光拡散部材30で拡散されて図に破線で示したように入射するため、外光の取り込み角を大きくしてより多くの外光を取り込み、さらに高輝度の反射光を出射することができる。
【0078】
したがって、この実施例の照明パネル10を用いれば、前記液晶表示装置の表示の視野角を広げるとともに、外光を利用する表示をより明るくすることができる。図4はこの発明の第3の実施例を示す照明パネルの一部分の拡大側面図であり、この実施例の照明パネル10は、前記第2の導光体17の各入射部18の第1の光学界面18aとは反対側の第2の光学界面18bを、曲面からなる集光屈折面18b′としたものである。
【0079】
なお、この実施例の照明パネル10は、第2の導光体17の複数の入射部18の第2の光学界面18bを集光屈折面18b′としたものであるが、その他の構成は図1および図2に示した第1の実施例と同じであるから、重複する説明は図に同符号を付して省略する。
【0080】
この実施例の照明パネル10によれば、第1の導光体11の複数の段差面12bから出射し、第2の導光体17の複数の入射部18の第1の光学界面18aから取り込まれて、反対側に設けた曲率半径が数百μm程度の曲面からなる集光屈折面18b′によりその前面方向に向けて屈折される光が、図に実線で示した経路のように前記集光屈折面18b′の集光作用によって所定の方向により集光されるため、例えば正面方向の輝度が高い輝度分布の光を出射することができる。
【0081】
なお、図4には外光の入反射経路は示していないが、外光も、前記集光屈折面18b′の集光作用により、前記所定方向の輝度が高い輝度分布の光を出射することができる。
【0082】
したがって、この実施例の照明パネル10を用いれば、この照明パネル10を、正面方向に出射する光の輝度が高い輝度分布の光を出射するように設計(前記集光屈折面18b′を設計)することにより、さらに正面輝度の高い画像を表示することができる。
【0083】
また、この実施例の照明パネル10においても、上記第2の実施例と同様に、出射面となる第2の導光体17の前面に光拡散部材30を設ければ、照明パネル10からの光の出射角範囲を広くし、また外光の取り込み角を大きくしてさらに高輝度の反射光を出射することができるため、前記液晶表示装置の表示の視野角を広げるとともに、外光を利用する表示をより明るくすることができる。
【0084】
また、上記各実施例では、第2の導光体17として、その背面に複数の入射部18を設けたものを用いたが、第2の導光体は、第1の導光体11の複数の段差面12bから出射する光を背面から取り込んでその光をその前面に出射するとともに、パネル前方から入射する光をその背面に出射し、前記第1の導光体11の複数の段面12a上の反射膜13で反射された光をその背面から取り込んでパネル前方に出射するものであれば、どのような構成のものでもよい。
【0085】
また、上記照明パネル10の光源部14は、蛍光ランプ4を用いるものに限らず、例えば複数のLED(発光ダイオード)を整列させたLEDアレイ等を用いるものでもよい。
【0086】
さらに、上記実施例の液晶表示装置は、アクティブマトリックス方式のTN型液晶表示素子1を用いたものであるが、液晶表示素子は、単純マトリックス方式やセグメント方式などのものでもよく、また、TN型に限らず、STN(スパーツィステッドネマティック)型、ECB(複屈折効果)型、動的散乱効果型、強誘電性液晶を用いる液晶表示素子などであってもよい。
【0087】
また、上記実施例の表示装置は、表示手段に液晶表示素子1を用いたものであるが、この発明は、液晶表示装置に限らず、他の電気光学表示素子や、透光性の画像印刷フィルムなどを表示手段とする表示装置にも適用することができるし、また、この発明の照明パネルは、表示装置に限らず、各種用途に広く用いることができる。
【0088】
【発明の効果】
この発明の照明パネルは、光源と、前記光源からの照明光が入射する少なくとも1つの端面と、前記端面と直交する複数の段面と、該複数の段面をつなぎ、前記端面から入射した前記照明光を出射する複数の段差面とからなり、前記照明光が出射される前方に配置された階段形状面と、前記各段面上に形成され、前記階段形状面に前方から入射した外光を前記前方に反射する複数の反射面とを備え、透明樹脂により一体的に形成された第1の導光体と、前記第1の導光体の前記階段形状面側に配置され、光を出射させる前面と、前記第1の導光体の前記段差面から出射された照明光を入射させる第1の光学界面と、この入射した照明光を前面方向に内面反射させる第2の光学界面とを有する突起を備え、前記第 1 の導光体から出射した照明光を前面方向に出射し、且つ前記前面方向から入射して前記第1の導光体の段面上の反射面により反射した外光を前記前方に出射する第2の導光体とを有した照明パネルである。
【0089】
光源光は、第1の導光体の段差面から出射し、第2の導光体内にその背面より取り込まれて前面より出射する。また、第2の導光体の前面にパネル前方より入射した外光はその背面より出射し、前記第1の導光体の複数の段面上の反射膜で反射し、再び、第2の導光体にその背面より取り込まれて前面から出射する。このように、本発明の照明パネルは、光源からの光と、パネル前方から入射する外光との両方とも、効率良くパネル前方に出射して高輝度の出射光を得ることができる。
【0090】
この発明の照明パネルにおいて、前記第2の導光体を、その背面に、前記第1の導光体の複数の段差面に対して光の出射方向が対向する複数の入射部を突設し、前記段差面に対向する前記入射部の一方の側面を、前記段差面からの出射光を受光する第1の光学界面とし、他方の側面を、前記第1の光学界面で取り込んだ光をその前面方向に向けて反射/屈折させる第2の光学界面とした構成とすることにより、前記第1の導光体の複数の段差面から出射する光のほとんどを、ロスなく前記第2の導光体に取り込んでその前面より出射することができるとともに、その出射光を所定方向に出射する光の輝度が高い輝度分布の光とすることができる。
【0091】
この場合、前記第2の光学界面を、曲面からなる集光屈折面とすることにより、前記第1の光学界面から取り込まれて第2の光学界面により前面方向に向けて反射/屈折される光が、第2の光学界面である前記集光屈折面の集光作用によって所定の方向に集光するため、パネル前方に高い輝度分布の光を出射することができる。
【0092】
さらに、前記第2の導光体を、前記複数の入射部を間隔を存して設け、その導光体背面の前記複数の入射部の間の領域を、前記第1の導光体の段部の前面に対向する第3の光学界面とした構成とすることにより、前記第2の導光体の前面から入射した外光を、この導光体の後面の前記各受光部およびその間の第3の光学界面から出射させるとともに、前記第1の導光体の複数の段面上の反射膜で反射された光を、前記複数の入射部およびその間の第3の光学界面から第2の導光体に取り込んで、その光をパネル前方に出射することができる。
【0093】
また、前記第1の導光体の複数の段差面と第2の導光体の複数の入射部とを、互いに異なるピッチで設けるか、第1の導光体の複数の段差面と第2の導光体の複数の入射部との相対的なピッチのずれを非周期的にするか、あるいはその周期を大きくして、モアレ縞の無い良好な光を出射することができる。
【0094】
さらに、この発明の照明パネルにおいて、前記第2の導光体の前面に光拡散部材を設ければ、光の出射角範囲を広くすることができるとともに、パネル前方より入射する外光の取り込み角を大きくしてより多くの外光を取り込み、さらに高輝度の反射光を出射することができる。
【0095】
また、この発明の表示装置は、表示手段である液晶表示素子の背後に、光源部からの光とパネル前方から前面に入射する外光とをそれぞれパネル前方に出射する前記照明パネルを配置したものであるから、外光を利用する表示と、照明パネルの光を利用する表示との両方が充分に明るい2ウエイ表示を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施例を示す照明パネルを備えた2ウエイ表示装置の側面図。
【図2】前記照明パネルの一部分の拡大側面図。
【図3】この発明の第2の実施例を示す照明パネルの一部分の側面図。
【図4】この発明の第3の実施例を示す照明パネルの一部分の側面図。
【符号の説明】
1…液晶表示素子
10…照明パネル
11…第1の導光体
11a…入射端面
12…階段形状面
12a…段面
12b…段差面
13…反射膜
14…光源部
17…第2の導光体
18…入射部
18a…第1の光学界面
18b…第2の光学界面
18b′…集光屈折
19…第3の光学界面
20…反射板
30…光拡散部材
Claims (8)
- 光源と、
前記光源からの照明光が入射する少なくとも1つの端面と、前記端面と直交する複数の段面と、該複数の段面をつなぎ、前記端面から入射した前記照明光を出射する複数の段差面とからなり、前記照明光が出射される前方に配置された階段形状面と、前記各段面上に形成され、前記階段形状面に前方から入射した外光を前記前方に反射する複数の反射面とを備え、透明樹脂により一体的に形成された第1の導光体と、
前記第1の導光体の前記階段形状面側に配置され、光を出射させる前面と、前記第1の導光体の前記段差面から出射された照明光を入射させる第1の光学界面と、この入射した照明光を前面方向に内面反射させる第2の光学界面とを有する突起を備え、前記第 1 の導光体から出射した照明光を前面方向に出射し、且つ前記前面方向から入射して前記第1の導光体の段面上の反射面により反射した外光を前記前方に出射する第2の導光体とからなることを特徴とする照明パネル。 - 前記第2の導光体の前記第1の光学界面と前記第2の光学界面とがそれぞれ、前記第1の光学界面が前記前面の法線に対して5度〜15度傾斜し、前記第2の光学界面が前記前面に法線に対して20度〜50度傾斜していることを特徴とする請求項1に記載の照明パネル。
- 前記第2の導光体の前記第2の光学界面は、曲面形状をなす集光反射面であることを特徴とする請求項1に記載の照明パネル。
- 前記第2の導光体の前記複数の突起は、間隔を存して設けられており、隣接する前記突起の間の領域が、前記第1の導光体の前記段面に対向し、光を入射および出射させる第3の光学界面となっていることを特徴とする請求項1に記載の照明パネル。
- 前記第1の導光体の前記複数の段面と前記第2の導光体の前記複数の突起とは、互いに異なるピッチで設けられていることを特徴とする請求項1に記載の照明パネル。
- 前記第1の導光体は、前記段面に対向する背面を備えており、前記背面には平板状の反射手段が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の照明パネル。
- 前記第2の導光体の前記前面上に、光拡散部材が設けられていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載の照明パネル。
- 光の透過を制御して表示する透過型表示手段と、この表示手段の背面側に対向させて配置された照明パネルとを備え、
前記照明パネルは、光源と、前記光源からの照明光が入射する少なくとも1つの端面と、前記端面と直交する複数の段面と、該複数の段面をつなぎ、前記端面から入射した前記照明光を出射する複数の段差面とからなり、前記照明光が出射される前方に配置された階段形状面と、前記段面上に形成され、前記階段形状面に前向から入射した外光を前記前方に反射する複数の反射面とを備え、透明樹脂により一体的に形成された第1の導光体と、
前記第1の導光体の前記階段形状面側に配置され、光を出射させる前面と、前記第1の導光体の前記段差面から出射された照明光を入射させる第1の光学界面と、この入射した照明光を前面方向に内面反射させる第2の光学界面とを有する突起を備え、前記第 1 の導光体から出射した照明光を前面方向に出射し、且つ前記前面方向から入射して前記第1の導光体の段面上の反射面により反射した外光を前記前方に出射する第2の導光体とからなることを特徴とする表示装置。
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