JP4145473B2 - 面光源装置及び液晶表示装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、側方から供給された光の進行方向を内部で転換し、出射面から出射させる態様で使用される導光板を用いた面光源装置並びに、そのような面光源装置を液晶表示パネルのライティング、特に、フロントライティングに採用した液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
導光板の側端面から光を導入し、導光板の2つのメジャー面(端面に比して大面積の面)の内の一方を出射面として用いる型の面光源装置は、例えば液晶表示装置のバックライティングやフロントライティングなどに広く使用されている。この種の面光源装置における基本的な性能は使用する導光板に左右されるところが大きい。
【0003】
導光板の基本的な役割は、側端面から導光板の内部に導入された光の進行方向(導光板の出射面にほぼ平行)を転換して出射面から出射させることにある。良く知られているように、導光板に単純な透明板をそのまま用いたのでは方向転換が殆ど行なわれず、十分な輝度が得られない。そこで、出射面からの出射を促進する手段が必要になる。
【0004】
導光板の出射を促進する手段は、(1)導光板(散乱導光板)内部の散乱パワー、(2)光拡散性の出射面(一方のメジャー面)、(3)光拡散性の背面、(4)屈折性の凹凸形状を有する出射面、(5)屈折性の凹凸形状を有する背面のいずれか1つまたはそれらの組合せの手法に支えられている。
【0005】
(1)の手法は高効率で均一な出射光が得られ易い。しかし、出射面からの優先的な出射方向が正面方向から大きく傾いている(通常、出射面に立てた法線に対して60度〜75度程度の傾斜)。従って、正面方向への方向修正を行なう素子(プリズムシート)が必要になる。光拡散シートを使用しても、正面方向の光がある程度増加するが、広範囲に光拡散が生じてエネルギ効率が低下する。
【0006】
(2)、(3)の手法は、高効率で出射光を得ることが難しい。また、(1)の手法と同じく、出射面からの出射は斜めに強く起る。光拡散性を強めると、広範囲散乱や光拡散要素(白色インキ等)による吸収等の要因で効率が上昇しない。
【0007】
(4)の手法は出射面からの光の脱出を容易にするが、積極的な方向転換が施されるものとは言い難い。従って、高効率で出射光を得ることが難しい。特に、導光板の背面から出射面へ向かう光が生成されないことは有利でない。
【0008】
(5)の手法は、導光板の背面から出射面へ向かう光を積極的に生成するものであり、また、広範囲散乱も生じない。従って、正面方向に近い方向へ向かうような指向性を持った出射光を効率的に生成出来る可能性がある。
【0009】
更に、近年多用されるようになっているフロントライト型の液晶表示装置に対する適用性に比較的優れているという利点がある。
しかし実際には、従来の技術では出射面からの出射光の進行方向の制御が十分でなかった。
【0010】
図1(a)〜図1(c)は、上記(5)の手法の適用例を説明する図である。同図において、符号1はアクリル樹脂等の透明材料からなる導光板を表わしており、その一つの側端面が入射端面2を提供している。一次光源Lは入射端面2の近傍に配置され、入射端面2に光を供給する。導光板1の2つのメジャー面3、4の内一方が出射面3とされる。他方の面(「背面」と呼ぶ)には、斜面5a、5bを有する断面形状の凹部5が多数設けられている。
【0011】
一次光源Lから発せられた光は入射端面2を通って導光板1内に導入される。導光板1内を伝播する光(光線G1 、G2 で代表)が凹部5に遭遇すると、一方の斜面5aで内部反射され、出射面3に向けられる。θは内部入射角で、G1'、G2'は、光線G1 、G2 に対応する出射光である。このように、他方の斜面5bに比して入射端面2(一次光源L)に近い斜面5aは、方向転換のための内部反射斜面を提供する。このような作用は、エッジライティング効果と呼ばれることもある。
【0012】
凹部5は、ドット状あるいは線溝状に形成される。また、図1(a)〜図1(c)に示したように、凹部5の形成ピッチdや深さh、あるいは斜面の傾斜φが入射端面2からの距離に応じて変えられている。これにより、出射面3の輝度が入射端面2からの距離に依存して変化することが防止される。
【0013】
しかし、図1(a)〜図1(c)に示したような従来技術には次のような問題点がある。
1.入射端面2から見て、斜面5bの背後に光が届き難い領域が存在する。従って、形成ピッチdを小さくしても、方向変換効率が上昇せず、また、出射面3の輝度にむらが発生し易い。
【0014】
2.入射端面2に平行な面内に関しての方向制御が十分でない。例えば、図1(a)において、光線G1 、G2 の伝播方向が出射面3に平行ではあるが入射端面2に垂直ではない場合、出射光G1'、G2'は入射端面2から見て右方向あるいは左方向へ発散してしまうであろう。入射端面2に垂直でない光成分は実際の導光板中にはかなり存在する。従って、出射光を空間的に望ましい角度乃至角度範囲(入射端面2に関して垂直、平行両方向に関して)に指向させることは困難である。
【0015】
3.出射面3へ向かう光を生成するための方向転換を1回反射(斜面5a)で行なっているために、背面4からの漏光が生じ易い。即ち、方向転換のための反射時に全反射条件が破られ易い。例えば、光線G1 、G2 をほぼ正面方向へ向けるためには、内部入射角θは45度程度とされる。これは典型的な材料であるアクリル樹脂−空気の臨界角とほぼ同じである。従って、やや下向きに伝播する光の相当部分は斜面5aから漏れる。
【0016】
そこで、本発明者は先に図2(b)に示したような突起形状を持つ多数のマイクロレフレクタを背面に設けた導光板と、この面光源装置及び液晶表示装置への適用を提案した(特願平11−38977号)。図2(a)は、マイクロレフレクタの周辺を拡大描示し、内部入力光の光路について説明する斜視図である。なお、説明の便宜上、マイクロレフレクタのサイズは誇張描示されている。
【0017】
図2(a)に示したように、導光板100の背面114には、その一般面から突出するようにマイクロレフレクタ120が形成されている。ここに例示されたマイクロレフレクタ120は、6個の面121、122、123、124、127、128を持つブロック形状を有している。
【0018】
面121、122は、方向転換のための光入力を円滑に行なうための案内部を提供する斜面である。面121、122は嶺126で出会っている。一方、面123、124は、方向転換のための2回反射を行ない、内部出力光を生成する斜面である。面123、124は嶺125で出会っている。面127、128は、マイクロレフレクタ120の幅を制限する側壁である。マイクロレフレクタ120の配向方向は、嶺125の延在方向で代表される。マイクロレフレクタ120の配向方向は、光の主たる入力方向(到来方向)に整列され、それにより、マイクロレフレクタへの入力光がほぼ最大化され、従って、方向転換効率もほぼ最大化される。
【0019】
図2(a)において、入力光は、入射端面112にほぼ垂直な光線H1、H2で代表されている。但し、マイクロレフレクタ120へ実際に入力されるのは、背面114の一般面に正確に平行な光ではなく、やや下向きに進行する光である。背面114の一般面に正確に平行な光や、出射面113に接近する光はマイクロレフレクタ120へ入力されずに奥へ進む。即ち、凹部(図1参照)と異なり、マイクロレフレクタ120は光進行を妨げず、光が届き難い領域を作らない。
【0020】
光線H1、H2の立場で見ると、斜面123、124は谷を形成している。嶺125が谷底に対応する。この谷は、徐々に狭く、且つ、浅くなっている。従って、この谷に進入した光H1、H2はほぼ必ず一方の斜面123または124で先ず内部反射され、次いで他方の斜面124または123で再度内部反射される。
【0021】
その結果、光の進行方向が2度に亙って転換され、出射面113へ向かう内部出力光J1、J2が生成される。内部出力光J1、J2の進行方向は、斜面123、124の方位(空間的な方位)を調整することで、相当範囲で制御出来る。すべてのマイクロレフレクタについて、光の主たる到来方向からの入力光H1、H2から生成される内部出力光J1、J2が出射面113に立てた法線方向にほぼ一致するように斜面123、124の方位を調整すれば、出射面113全体から、ほぼ正面方向へ向かう平行光束に近い出射光が得られる。
【0022】
しかし、このように改良された導光板、あるいはそれを適用した面光源装置にも解決が望まれる問題点が残されている。それは、フロントライト型の液晶表示装置に適用した場合に、表示のコントラストと解像性に不満足な点があるということである。図3を参照してこれを説明する。
【0023】
周知のように、フロントライティングの配置においては、面光源装置の導光板の出射面を通して液晶表示パネルへ供給された光は、表示情報に応じた強度分布をもって導光板に戻って来る。戻り光は導光板の背面から出射するが、一部はマイクロレフレクタにほぼ正面方向から入射する。これを図3にR1、R2で示した。
【0024】
ここで、マイクロレフレクタ120は図2(b)に示した形状を有しているため、マイクロレフレクタ120への戻り光R1、R2の内部入射位置は、殆どいずれかの斜面(図3では斜面121、122への入射を例示)上に来る。その結果、S1、S2で例示したように戻り光R1、R2の屈曲出射が起こる。このように屈曲出射された光は、当然、表示コントラストを低下させ、また、表示情報の鮮明さの低下(表示像のぼけ)を招く。
【0025】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決することにある。即ち、本発明の1つの目的は、側端面(入射端面)から導入された光を出射面から出射させるための導光板を改良し、光の届き難い領域が出来ず、出射方向の制御が容易な導光板を採用することにより、プリズムシートのような方向修正素子を使用しなくとも、入射端面に垂直及び平行な平面内に関して出射方向が制御された照明光を効率的に生成することが出来る面光源装置を提供することにある。
【0027】
本発明のもう1つの目的は、上記面光源装置を液晶表示装置のためのバックライティングあるいはフロントライティングに適用し、希望する方向から観察し易い液晶表示装置を提供することにある。また、特にフロントライティングに適用するに際して、表示像のコントラストと鮮明さの劣化を防止することにある。
【0028】
【課題を解決するための手段】
本発明は、台地形状のマイクロレフレクタを導光板の背面に多数設け、台地形状の頂面に隣接した斜面対による2回の内部反射によって方向転換を行なうという基本的な考え方を採用することによって、上記技術課題を解決する。
【0032】
発明は、少なくとも1つの一次光源と、出射面と背面を提供する2つのメジャー面、並びに前記一次光源からの光導入のための側端面を備えた導光板を含む面光源装置を改良する。
【0033】
本発明に従った面光源装置においては、導光板の背面は光進行方向転換のために多数のマイクロレフレクタを備え、各マイクロレフレクタは、前記背面が延在する一般面から台地状に突出した突起を形成し、各マイクロレフレクタは、内部に平坦な底面と、前記底面に隣接する谷を提供する。
【0034】
そして、各マイクロレフレクタの底面は、導光板背面が延在する一般面とほぼ平行に延在する。また、マイクロレフレクタの谷は、第1の斜面及び第2の斜面を含み、且つ、底面から離れるに従って幅が狭く、且つ、浅くなる傾向を持つように形成されている。これにより、マイクロレフレクタの谷に到来した内部入力光は第1の斜面及び第2の斜面の内の一方で内部反射され、次いで、他方の斜面で内部反射され、導光板の出射面に向かう内部出力光が生成される。谷の谷底の延在方向は、谷への内部入力光の主たる到来方向とほぼ一致するように、背面上の位置に応じて変化する分布を有してい
【0035】
導光板への光導入は互いに異なる複数の方向からなされても良い。この場合、多数のマイクロレフレクタを、それら複数の方向からなされる光導入に対応してグループ分けし、各グループに属するマイクロレフレクタが、そのグループ分けに対応した分担で内部出力光の生成を行なうように配向されていることが好ましい。
【0036】
このような改良された面光源装置は、液晶パネルを照明する面光源装置に適用することが出来る。特に、液晶パネルを前面から照明する面光源装置を備えたフロントライト型の液晶表示装置に適用した場合には、液晶表示パネルからの戻り光(図3及び関連説明参照)の屈曲出射を低減させることが出来るため、表示コントラストや表示像の鮮明さを損ねないという利点が得られる。
【0037】
【発明の実施の形態】
(1)第1実施形態
図4(a)、(b)に本発明の第1実施形態の概略配置を示した。図4(a)は導光板を背面側から見た平面図で、図4(b)は図4(a)において左方から見た側面図である。
【0038】
図4(a)、図(b)を参照すると、アクリル樹脂、ポリカーボネイト(PC)、シクロオレフィン系樹脂等の透明材料からなる導光板10の1つの側端面が、入射端面12を提供している。棒状の一次光源(冷陰極管)L1が入射端面12に沿って配置され、入射端面12に光を供給する。導光板10の2つのメジャー面13、14の内一方が出射面13とされる。他方の面(背面)14には、多数のマイクロレフレクタ20が設けられている。
【0039】
出射面13の外側には周知の液晶パネルPLが配置され、バックライト型の液晶表示装置が構成されている。なお、寸法表示はあくまで例示で、単位はmmである。
【0040】
一次光源L1から発せられた光は、入射端面12を通って導光板10内に導入される。導光板1内を伝播する光がマイクロレフレクタ20内に入り込むと、マイクロレフレクタ20内で主として2回反射が起こり、出射面13に向かう光が生成される。マイクロレフレクタ20は方向転換手段であるから、「マイクロレフレクタ20への入力光が出射面13に向かう内部出力光に変換される」と言うことが出来る。個々のマイクロレフレクタ20の形状及び作用の詳細は後述する。
【0041】
図5(a)、図5(b)は、本実施形態におけるマイクロレフレクタ20の配列を説明する図で、図3(a)には図2(a)の円A付近の配列を抽出描示し、図3(b)には図2(a)の円B付近の配列を抽出描示した。本例では、マイクロレフレクタ20の幅方向及び奥行き方向の形成ピッチp、qが、円A付近ではp1=q1=220μmとなっているのに対し、円B付近ではp2=q2=130μmとなっている。
【0042】
ピッチp、qの数値はあくまで例示であるが、マイクロレフレクタ20の形成密度は、入射端面12に比較的近いエリアでは比較的小さく、入射端面12から比較的遠いエリアでは比較的大きく設定されている。図示は省略したが、背面14の全体としては、入射端面12からの距離に応じて形成ピッチが徐々に縮小している。換言すれば、入射端面12からの距離に応じて形成密度(被覆率)が徐々に増大している。具体的な数値は設計的に定められるが、例えば入射端面12に近いエリアAで約10%、遠いエリアBでは約30%とされる。このように被覆率に高低をつけることにより、出射面13全体に亙り輝度が均一化される。なお、被覆率の定義は、下記の通りである。
被覆率=S/(p×q)
ここで、Sはマイクロレフレクタを背面14の一般面で切った断面積、p、qは幅方向、奥行き方向の形成ピッチである。なお、「背面14の一般面」とは、マイクロレフレクタが除去されたと仮定した時に背面14が乗っている平面のことである。
【0043】
個々のマイクロレフレクタ20はほぼひし形の断面を持つ台地形状の突起を形成している。輪郭(ひし形)のサイズは、目視した時に個別認識困難な程度とされている。また、個々のマイクロレフレクタ20のサイズは形成ピッチの下限に対応するので、この観点からも、小サイズであることが好ましい。何故ならば、形成ピッチが大きいと、明暗模様として観察され易くなるからである。サイズの一例は、図5中、r=約80μm、s=約120μmである。
【0044】
ここで注意すべきことは、方向転換の機会を均等化するために、光の主たる到来方向(本例では入射端面12とほぼ垂直)に沿ってマイクロレフレクタ20が整列することは避けられていることである。即ち、マイクロレフレクタ20の配列は正確な2次元マトリックスからはずれていることが好ましい。このような配列態様は、マイクロレフレクタ配列をできるだけ目だたなくする上でも有利である。
【0045】
次に、マイクロレフレクタ20の方向転換作用について図6〜図8を参照して説明する。この説明は、他の実施形態で採用されている導光板のマイクロレフレクタにも適用される。
図6は、導光板10内へ導入され、マイクロレフレクタ20を経て出射面13から出射される代表的な経路を示したものである。なお、説明の便宜上、マイクロレフレクタ20のサイズは誇張描示されている。また、直交座標O−xyzを、xz平面が入射端面12にほぼ平行、xy平面が出射面13にほぼ平行となるように設定する。
【0046】
更に、ここでは、図4の配置に対して、導光板10の出射面13に沿って光拡散シートDFが付加配置され、背面14に沿って正反射性の、あるいは、乱反射性を有する反射シートRFが付加配置されている。液晶表示パネルPLの図示は省略した。
図7(a)、図7(b)、図7(c)は、図6の配置において、マイクロレフレクタ20の方向転換の様子を3つの方向(順に+z軸方向、+x軸方向、+y軸方向)から描いた図である。
【0047】
これらの図から判るように、マイクロレフレクタ20は、導光板10の背面14の一般面から突出するように形成されている。各マイクロレフレクタ20は、5個の面21〜25を持つ台地形状を有している。入力光の方向転換は主として面22、23によって達成される。そのために、面22、23は、xy平面、yz平面、zx平面のいずれに対しても傾斜し、マイクロレフレクタ20の内部に谷を形成している。符号26aで示した位置から符号26bで示した位置まで延びる谷底(外側から見れば嶺)26は、斜面22、23が出会って形成する交線に相当している。
【0048】
本発明の特徴に従い、斜面22、23を含む谷に隣接して、平坦な面21が設けられている。面21は、谷に隣接する「底面」を形成し、面22、23への光入力を幅広く受け入れて方向転換を促すように斜面22、23の手前(光入力側)に設けられている。また、後述するように、フロントライト型のライティングへの適用性を高めるために、底面21は背面14の乗る一般面に平行に延在している。従って、同一般面と底面21との間の距離が台地形状のマイクロレフレクタ20の「高さ」となる。各マイクロレフレクタ20の高さは、例えば10μm〜30μm程度の範囲にある。
【0049】
また、マイクロレフレクタ20全体を同一般面に射影した面積をS20、底面21を同一般面に射影した面積をS21とした時、レシオS21/S20は自由に調整出来る。このレシオS21/S20を十分大きくとることで、斜面22、23への入射ルートを広く確保するとともに、フロントライティングへの適用性(弟6実施形態を参照)を高めることが出来る。
【0050】
その意味で、レシオS21/S20は、0.3以上であることが好ましい。特に、0.4〜0.6は実際的な範囲の一例である。但し、S21/S20を1.0に近付け過ぎると、全体サイズが過大となり、視認され易くなること、分布密度(個数密度)を高くし難くなることに注意すべきである。
【0051】
ここでもう1つ重要なことは、谷底26は底面21側の始端26aから終端26bに向かって背面14の一般面に近付いていることである。換言すれば、斜面22、23を含む谷は、底面21から遠ざかるに従って次第に狭く、且つ、浅くなっている。
【0052】
底面21に隣接する面24、25は、台地形状の「崖」に相当する部分で、ほぼ垂直に切り立っていることが好ましい。これは、フロントライト型の液晶表示装置に適用時に戻り光が面24、25へ入射することを抑えるためである。
【0053】
マイクロレフレクタ20の配向方向は、谷底26の延在方向で代表され得る。ここでは、向きを考慮して、図7(a)に示したように、面21側の始端26aから終端26bに向かうベクトルでマイクロレフレクタ20の配向を代表させる。
【0054】
マイクロレフレクタ20の配向方向(ベクトル26a→26b)は、光の主たる入力方向(到来方向)に整列されている。これにより、マイクロレフレクタ20への入力がほぼ最大化され、それに応じて方向転換効率もほぼ最大化される。
【0055】
図6、図7において、光の主たる到来方向からの入力光は光線H10で代表されている。一次光源L1(図4参照)を採用した配置では、光線H10は入射端面12にほぼ垂直である。但し、マイクロレフレクタ20へ実際に入力されるのは、背面14の一般面(xy平面)に正確に平行な光ではなく、やや下向きに進行する光(背面14に接近する光)である。背面14の一般面に正確に平行な光や、出射面13に接近する光はマイクロレフレクタ20へ入力されずに奥へ進む。即ち、凹部(図1参照)と異なり、マイクロレフレクタ20は光進行を妨げず、光が届き難い領域を作らない。
【0056】
斜面22、23を含む谷は、底面21から離れるに従って狭く、且つ、浅くなっているから、この谷に進入した光H10は一方の斜面22または23で先ず内部反射され、次いで他方の斜面23または22で再度内部反射される。その結果、光の進行方向が2度に亙って3次元的に転換され、出射面13へ向かう内部出力光IOが生成される。
【0057】
内部出力光IOの進行方向は、斜面22、23の方位(空間的な方位)を調整することで、相当範囲で制御出来る。すべてのマイクロレフレクタについて、光の到来方向からの入力光H10から生成される内部出力光IOが出射面13に立てた法線方向にほぼ一致するように斜面22、23の方位を調整すれば、出射面13全体から、ほぼ正面方向へ向かう出力光J10が得られる。
【0058】
また、斜面22、23の方位と配向(谷底26の延在方向)を調整することで、出射面13から離れた一点を目指すような収束性の出力光束も生成可能である。斜面22の方位と斜面23の方位は、必ずしも谷底26に関して対称でなくとも良い。この非対称性により、出力光束の方位制御性は拡張される。
【0059】
このようなマイクロレフレクタ20による方向転換は3次元的に行なわれるので、入射端面12に平行なzx平面内、垂直なyz平面内いずれに関しても方向制御が可能である。そして、2回反射で方向転換を行なうために、1回当りの方向転換角度は一般に小さくて済む。従って、斜面22、23への入射角度は一般に臨界角より十分大きく、漏光は生じ難い。
図6、図7(a)〜(c)中に示した光線H10の経路の概略をまとめれば、次のようになる。先ず、入射端面12の入射点aから導光板10内へ導入された光線H10は1つのマイクロレフレクタ20に接近する。ここで光線H10の立場で見ると、マイクロレフレクタ20の底面21は、斜面22、23の手前で広い間口で入射を受け入れるエントランスに見える。マイクロレフレクタ20内へ進入した光線H10は、斜面22、23のいずれか一方22(または23)に対してかなり大きな入射角で入射し、殆どが全反射される(点b)。次いで、他方の斜面23(または22)で同様に内部反射(全反射)され(点c)、内部出力IOとなる。
【0060】
内部出力光IOは、出射面13から出力されて出力光J10となる(点d)。本例では出力光J10は、更に、光拡散シートDFに入射し(点e)、そこから出射し(点f)、例えば液晶表示パネルPL(図4参照)へ供給される。光拡散シートDFは弱い光拡散によって、マイクロレフレクタ20が有る位置と無い位置の差に対応した微細な明暗ムラを防止するために、必要に応じて設けられる。
【0061】
上述した通り、内部出力光IOあるいは出力光J10の進行方向は、斜面22、23の方位を調整することで、相当の範囲で制御出来る。
【0062】
なお、マイクロレフレクタ20への入力光には底面21で内部反射される成分も含まれる。このような光の多くは、やはり斜面22、23による2回反射を経て内部出力光に変換される。その進行方向は、底面21による反射を経由しない内部出力光IOとは若干異なる。その結果、それに対応する出力光の進行方向は主たる出力光J10の進行方向(本例ではほぼ正面方向)の周辺に分布する。
【0063】
また、マイクロレフレクタ20を含めて背面14からはいくらかの漏光がある。反射部材RFはこの漏光を導光板10へ戻す機能を持つ。このように反射部材RFを経由した光が出射面13から脱出する時の位置は非常に多様であり、マイクロレフレクタ20の位置との対応も殆どなくなっていると考えられる。
【0064】
従って、全体の出力光に主力の出力光J10以外にこれらの光が含まれることは、マイクロレフレクタ20が有る位置と無い位置の差に対応した微細な明暗ムラを防止する上でむしろ有利なことである。
【0065】
(2)第2実施形態
第2実施形態の概略配置は、図4(a)、(b)に示した第1実施形態の概略配置と類似しているが、採用される導光板が第1実施形態とは異なる。本実施形態では、導光板10に代えて、図8に示した導光板30が採用される。導光板30は、アクリル樹脂、ポリカーボネイト(PC)、シクロオレフィン系樹脂等の透明材料からなり、その1つの側端面が入射端面32を提供している。
【0066】
棒状の一次光源(冷陰極管)L2が入射端面32に沿って配置され、入射端面32に光を供給する。ここで注意すべきことは、冷陰極管L2の発光部の長さが入射端面32の長さよりやや短いことである。両端は電極部EL1、EL2であり、発光しない。このような設計は、両端の電極部EL1、EL2が突出することを避けるためにしばしば採用される。
【0067】
背面34には多数のマイクロレフレクタ20が設けられている。各マイクロレフレクタ20の形状及びサイズは、導光板10のものと同じで良い。なお、この点は、第3実施形態〜第6実施形態でも同様である。多数のマイクロレフレクタ20の配列と配向については、次のような特徴がある。
【0068】
1.被覆率は入射端面32からの距離に応じて増大する傾向を持つ。これにより、入射端面32からの距離に依存した輝度変化が出射面に現れることが防止される。
【0069】
2.電極部EL1、EL2に近いコーナエリアC、Dでは、特に、高密度でマイクロレフレクタ20が配列されている。この配列は、下記4の配向と共に、コーナエリアC、Dに対応する暗部が出射面上に現われるのを防止する。
【0070】
3.背面34の大部分において、マイクロレフレクタ20の配向は入射端面32にほぼ垂直に、奥行き方向に整列している。即ち、各マイクロレフレクタ20の底面21は、斜面22、23を含む谷よりも入射端面32に近い位置にある。
【0071】
4.コーナエリアC、Dでは、マイクロレフレクタ20の配向は入射端面32に対して斜めに傾き、底面21が冷陰極管L2の発光部に向けられている。これは、光の到来方向とマイクロレフレクタ20の配向を対応させ、方向転換効率を高める。
5.コーナエリアC、Dを除く両側部35、36では、マイクロレフレクタ20の配向は入射端面32に対して小角度傾き、底面21が冷陰極管L2の発光部に向けられている。これは、上記4と同様、光の到来方向とマイクロレフレクタ20の配向を対応させ、方向転換効率を高める。
【0072】
6.多数のマイクロレフレクタ20が直線状に並ぶような秩序を持っていない。これにより、マイクロレフレクタ20がより目立たなくされる。また、液晶ディスプレイに組み込んだ場合、マトリックス状の電極配列との重なり関係によるモアレ縞発生が防止される。
【0073】
(3)第3実施形態
第3実施形態の概略配置は、第1、第2実施形態の概略配置と類似しているが、採用される導光板がそれらとは異なる。本実施形態では、図9に示した導光板40が採用される。導光板40は、アクリル樹脂、ポリカーボネイト(PC)、シクロオレフィン系樹脂等の透明材料からなり、2つの側端面が入射端面42a、42bを提供している。
【0074】
棒状の一次光源(冷陰極管)L3、L4が入射端面42a、42bに沿って配置され、それぞれ入射端面42a、42bに光を供給する。
【0075】
背面44には多数のマイクロレフレクタ20が設けられている。その配列と配向は、次のような特徴を有している。
1.マイクロレフレクタの被覆率と配向は次のように設計される。先ず一方の一次光源L3からの光供給のみを仮定して、出射面全体における輝度が均一となるように被覆率と配向の分布(分布1と呼ぶ)を設計する。次に、他方の一次光源L4からの光供給のみを仮定して、出射面全体における輝度が均一となるように被覆率と配向の分布(分布2と呼ぶ)を設計する。これら分布1と分布2を重ね合わせて本実施形態における被覆率及び配向の分布(分布1+分布2)とする。
【0076】
分布1に対応するマイクロレフレクタ20は第1のグループを形成し、分布2に対応するマイクロレフレクタ20は第2のグループを形成する。各グループを構成するマイクロレフレクタ20はほぼ同数、ほぼ同形状、ほぼ同サイズであることが好ましい。
【0077】
グループ1による被覆率は、入射端面42aからの距離に応じて増大する一方、第2のグループによるよる被覆率は入射端面42bからの距離に応じて増大する傾向を持つ。従って、全体としては分布1、分布2の勾配が相殺し合う傾向を持つ。図示された例では、ほぼ均一な被覆率のケースが描かれている。
【0078】
マイクロレフレクタ20の配向は、入射端面42にほぼ垂直に整列している。但し、向きについては、グループ1のマイクロレフレクタ20については底面21が入射端面42aに向けられ、グループ2のマイクロレフレクタ20については底面21が入射端面42bに向けられている。
【0079】
なお、このような光の導入方向に応じたグループ分けの手法は、光の導入方向が3方向以上であっても適用可能である。例えば、導光板への光供給が4つの端面を使って4方向から行なわれる場合、光入力方向は4つあると考え、4つのグループに分けてマイクロレフレクタの被覆律分布と配向分布を設計すれば良い。全体の被覆律分布と配向分布分布は、上記2グループの例で説明したように、各グループに属するマイクロレフレクタの被覆律分布と配向分布の重ね合わせとすれば良い。
【0080】
2.第2実施形態と同様、多数のマイクロレフレクタ20が直線状に並ぶような秩序を持っていない。これにより、マイクロレフレクタ20がより目立たなくされる。また、液晶ディスプレイに組み込んだ場合、マトリックス状の電極配列との重なり関係によるモアレ縞発生が防止される。
【0081】
(4)第4実施形態
第4実施形態の概略配置は、第1、第2、第3実施形態の概略配置と類似しているが、採用される導光板と一次光源がそれらとは異なる。本実施形態では、図10に示した導光板50と一次光源L5が採用される。導光板50は、アクリル樹脂、ポリカーボネイト(PC)、シクロオレフィン系樹脂等の透明材料からなり、1つの側端面52の中央部に形成された凹部52aが入射端面を提供している。
【0082】
一次光源L5は、例えば1個または複数のLED(発光ダイオード)を用いた点状光源である。ここで、「点状光源」とは、入射端面52の拡がりに比べてはるかに小さな発光面積しか持っていない光源のことである。一次光源L5は、凹部52aを通して導光板への光供給を行なうように配置される。背面54には多数のマイクロレフレクタ20が設けられている。その配列と配向は、次のような特徴を有している。
【0083】
1.被覆率は凹部52aからの距離に応じて増大する傾向を持つ。これにより、凹部52a(点状光源L5)からの距離に依存した輝度変化が出射面に現れることが防止される。
2.背面54の全体に亙って、マイクロレフレクタ20の配向は、凹部52a(点状光源の発光位置)から放射状に定められている。各マイクロレフレクタ20の底面21は、ほぼ凹部52aに向けられている。
【0084】
3.点状光源L5の放射特性に正面方向への指向性がある場合、側端面52の周辺で、マイクロレフレクタ20の被覆率が高められても良い。特に、コーナエリアE、Fについては被覆率が高められることが好ましい。
【0085】
4.多数のマイクロレフレクタ20が直線状に並ぶような秩序を持っていない。これにより、マイクロレフレクタ20がより目立たなくされる。また、液晶ディスプレイに組み込んだ場合、マトリックス状の電極配列との重なり関係によるモアレ縞発生が防止される。
【0086】
(5)第5実施形態
第5実施形態の概略配置は、上述の諸実施形態、特に第4実施形態の概略配置と類似しているが、採用される導光板と一次光源がそれらとは異なる。本実施形態では、図11に示した導光板60と2個の一次光源L6、L7が採用される。導光板60は、アクリル樹脂、ポリカーボネイト(PC)、シクロオレフィン系樹脂等の透明材料からなり、1つの側端面62の2個所に形成された凹部62a、62bが入射端面を提供している。
【0087】
一次光源L6、L7は、第4実施形態で用いたと同様の点状光源で、それぞれ凹部62a、62bを通して導光板に光供給を行なうように配置される。背面64には多数のマイクロレフレクタ20が設けられている。その配列と配向は、次のような特徴を有している。
【0088】
1.被覆率と配向は凹部62a、62bとの位置関係を考慮して、輝度変化が出射面に現れないように設計される。
【0089】
先ず一方の一次光源L6からの光供給のみを仮定して、出射面全体における輝度が均一となるように被覆率と配向の分布(分布3と呼ぶ)を設計する。この分布3に従うマイクロレフレクタ群が1つのグループ(グループ3と呼ぶ)を形成する。
【0090】
次に、他方の一次光源L7からの光供給のみを仮定して、出射面全体における輝度が均一となるように被覆率と配向の分布(分布4と呼ぶ)を設計する。この分布4に従うマイクロレフレクタ群がもう1つのグループ(グループ4と呼ぶ)を形成する。これら分布3と分布4を重ね合わせて本実施形態における被覆率及び配向の分布(グループ3が従う分布3+グループ4が従う分布4)とする。
【0091】
分布3による被覆率は一次光源L6からの距離に応じて増大する一方、分布4による被覆率は一次光源L7からの距離に応じて増大する傾向を持つ。従って、全体としては分布3、分布4の勾配は相殺し合う傾向を持つ。図示された例では、ほぼ均一な被覆率のケースが描かれている。
【0092】
マイクロレフレクタ20の配向は、グループ3については分布3に従って凹部62aから放射状に定められ、グループ4については分布4に従って凹部62bから放射状に定められている。前者(グループ3)の各マイクロレフレクタ20の底面21は凹部62a側にあり、後者(グループ3)の各マイクロレフレクタ20の底面21は凹部62b側にある。
【0093】
このように、1つの端面の複数の個所から光供給がなされ、それによってマイクロレフレクタへの主たる光導入方向が複数存在する場合にも、弟3実施形態で述べたと同様のグループ分けが可能である。なお、本実施形態では1つの端面の2個所から光供給が行なわれる例を示したが、3個所以上からの光供給が行なわれる場合であれば、それに応じてグループ数を増やして、グループ毎に被覆率分布と配向分布を設計すれば良い。
【0094】
2.多数のマイクロレフレクタ20が直線状に並ぶような秩序を持っていない。これにより、マイクロレフレクタ20がより目立たなくされる。また、液晶ディスプレイに組み込んだ場合、マトリックス状の電極配列との重なり関係によるモアレ縞発生が防止される。
【0095】
(6)第6実施形態
本発明の面光源装置は、図12に示したように、フロントライト型の液晶ディスプレイのフロントライティングにも適用可能である。これを第6実施形態とする。
【0096】
フロントライティングに用いられる面光源装置の導光板70は、液晶パネルの前面(観察面側)に配置される。液晶パネルは、散乱フィルム(光拡散シート)101、偏光板102、第1のガラス基板103、カラーフィルタ104、液晶セル105、鏡面反射電極106、第2のガラス基板107から構成されている。カラーフィルタ104は3原色領域R、G、Bを有している。このような液晶パネルの構造及び動作原理は周知であるから詳しい説明は省略する。
【0097】
導光板70及び一次光源(図示省略)は、第1実施形態〜第5実施形態のいずれに従っても良い。
【0098】
フロントライティングに用いられる導光板70は、出射面73が液晶パネルに正対するように配置される。符号H、J、Kで示したように、導光板70内を伝播する光Hがマイクロレフレクタ20に入力されると、前述した2回内部反射により内部出力光Jに変換される。内部出力光Jは、出射面73からほぼ垂直に出射され、液晶パネルに入射する。
【0099】
内部出力光Jは、散乱フィルム(光拡散シート)101、偏光板102、第1のガラス基板103、カラーフィルタ104、液晶セル105を経て鏡面反射電極106で反射される。反射された光は、再度液晶セル105、カラーフィルタ104、ガラス基板103を経て偏光板102に至る。偏光板102の透過/遮断は、対応画素の鏡面反射電極106のON/OFF(偏光状態)に依存して決まる。鏡面反射電極106が偏光板102の透過を許容すれば、散乱フィルム(光拡散シート)101、導光板70を経て背面74より表示光Kとして出射される。
【0100】
ここで重要なことは、背面74でマイクロレフレクタ20に遭遇した光についても、その多くは平坦な底面21からほぼ正面方向に出射されることである。図13はこの様子を表わしている。マイクロレフレクタ20は図7(a)〜(c)及び本図13に示したように台形形状を有しているため、液晶表示パネルから導光板70内へ戻り、マイクロレフレクタ20に遭遇した戻り光R10、R20の内部入射位置は、高い確率で底面21上に来る。底面21は背面74の一般面とほぼ平行であるから、そこからの出射は背面74のマイクロレフレクタ20の無い部分からの出射と等価的に起る。
【0101】
液晶表示パネルへの光供給は通常ほぼ正面方向に行なわれるから、戻り光R10、R20は底面21にほぼ垂直に入射し、屈曲なしでほぼ正面方向への出射光S10、S20となる。これにより、表示コントラストの低下と表示情報の鮮明さの低下(表示像のぼけ)が防止される(図3及び関連説明と比較参照のこと)。
【0102】
以上説明した諸実施形態、特に第6実施形態で用いられる導光板の出射面は反射防止層で被覆されることが好ましい。図14は、反射防止層を導光板の出射面に設けた場合の断面を表わしている。反射防止層ARは例えばMgF2 (屈折率:1.38)からなり、厚さtは例えば99.6μmである。導光板はポリカボネート(PC)製(屈折率:1.58)である。
【0103】
出射面に内部入射した光は、PC−MgF2 界面及びMgF2 −空気界面で一部は反射し、一部は透過する。周知のように、反射防止層ARの厚さ、屈折率、波長、入射角度の相互関係を、透過光Tが干渉で強め合い、反射光Rが干渉で弱め合うように設定されれば、反射防止層として機能する。
【0104】
図15には、垂直入射光について、上記諸条件における反射率(100%−出射率)を、反射防止層なしのケースとともに、波長の関数で示した。同グラフから理解されるように、反射防止層なしのケース(NCT)では、反射率はほぼ一定値3.8%である。一方、上記反射防止層が用いられたケース(CT)では、ほぼ400μm〜780μmの波長領域で、1%〜2%程度の低い反射率が得られる。
【0105】
従って、このような反射防止層を諸実施形態、特に第6実施形態で用いられる導光板の出射面に設ければ、出射面からの出射が円滑になり、反射光に由来するノイズが低減される。
【0106】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に従えば、導光板の背面に分布させたマイクロレフレクタが、主として2回内部反射に基づいて効率的な方向転換機能を果たす。その際の内部出力光の方向は、マイクロレフレクタの平坦な面に隣接した谷に含まれる斜面対の方位で調整可能である。
【0107】
従って、散乱や拡散に頼る方向転換とは異なり、無用な方向への光出射が防止される。また、プリズムシートなしでも、正面方向あるいはその周辺方向への出射が達成出来る。
【0108】
更に、液晶表示パネルなどの被照明対象物に対してフロントライティングの配置を採用しても、被照明対象物からの戻り光の経路がマイクロレフレクタによって乱される程度が軽減される。特にフロントライティング型の液晶表示装置への適用時に、表示像のコントラストと鮮明さの劣化を防止することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来技術について説明する図で、(a)はエッジライティング効果の原理、(b)及び(c)は、凹部の形成態様を例示した図である。
【図2】先行技術(先願に係る関連発明)について説明する図で、(a)はマイクロレフレクタの周辺を拡大描示し、内部入力光の光路について説明する斜視図、(b)はマイクロレフレクタの形状を示した斜視図である。
【図3】図2に示した先行技術をフロントライティングに適用した場合の問題点について説明する図である。
【図4】本発明の第1実施形態の概略配置を、(a)は導光板の背面側から見た平面図で、(b)は図1(a)において左方から見た側面図でそれぞれ表わしたものである。
【図5】第1実施形態におけるマイクロレフレクタ20の配列について、(a)は図4(a)の円A付近の配列を抽出描示し、(b)は図4(a)の円B付近の配列を抽出描示したものである。
【図6】導光板への入力光が、マイクロレフレクタによる方向転換を経て出射面から出射されるまでの代表的な経路(メインルート)について説明する図である。
【図7】図6の配置において、マイクロレフレクタ20の方向転換の様子を3つの方向から描いた図で、(a)は+z軸方向から、(b)は+x軸方向から、(c)は+y軸方向からの描示である。
【図8】第2実施形態におけるマイクロレフレクタ配列を説明する平面図である。
【図9】第4実施形態におけるマイクロレフレクタ配列を説明する平面図である。
【図10】第2実施形態におけるマイクロレフレクタ配列を説明する平面図である。
【図11】第5実施形態におけるマイクロレフレクタ配列を説明する平面図である。
【図12】フロントライト型の液晶ディスプレイのフロントライティングに適用した第6実施形態を説明する断面図である。
【図13】本発明をフロントライティングに適用した場合の利点について説明する図である。
【図14】反射防止膜の作用を説明する図である。
【図15】反射防止膜の特性を例示したグラフである。
【符号の説明】
1、10、30、40、50、60、70、100 導光板
2、12、32、42a、42b 入射端面
3、13、73 出射面(一方のメジャー面)
4、14、34、44、54、64、74 背面(他方のメジャー面)
5 凹部
5a、5b 斜面
20、120 マイクロレフレクタ
21 底面)
22、23、121〜124 斜面
24、25 切り立った面
26 谷底
26a 谷底の始端
26b 谷底の終端
35、36 導光板の側部
52、62 導光板の側端面
52a、62a、62b 凹部(入射端面)
101 散乱フィルム(光拡散シート)
102 偏光板
103、107 ガラス基板
104 カラーフィルタ
105 液晶セル
106 鏡面反射電極
C、D、E、F 導光板のコーナエリア
L、L1〜L7 一次光源
LP 液晶パネル

Claims (7)

  1. 少なくとも1つの一次光源と、出射面と背面を提供する2つのメジャー面、並びに前記一次光源からの光導入のための側端面を備えた導光板を含む面光源装置において;
    前記背面は光進行方向転換のために多数のマイクロレフレクタを備え、
    各マイクロレフレクタは、前記背面が延在する一般面から台地状に突出した突起を形成し、
    各マイクロレフレクタは、内部に平坦な底面と、前記底面に隣接する谷を提供し、
    前記底面は、前記谷の光入力側に設けられ、且つ、前記背面が延在する一般面とほぼ平行に延在しており、
    前記谷は、第1の斜面及び第2の斜面を含み、且つ、前記底面から離れるに従って幅が狭く、且つ、浅くなる傾向を持つように形成されており、
    それにより、前記谷に到来した内部入力光が前記第1の斜面及び前記第2の斜面の内の一方で内部反射され、次いで、他方の斜面で内部反射され、前記出射面に向かう内部出力光が生成されるようになっており、
    前記谷の谷底の延在方向は、前記谷への内部入力光の主たる到来方向とほぼ一致するように、前記背面上の位置に応じて変化する分布を有している、前記面光源装置
  2. 前記光導入が互いに異なる複数の方向からなされ、前記多数のマイクロレフレクタは、前記複数の方向からなされる光導入に対応してグループ分けされており、
    各グループに属するマイクロレフレクタは、前記グループ分けに対応した分担で内部出力光の生成を行なうように配向されている、請求項1に記載された面光源装置
  3. 前記複数のグループは、それぞれほぼ同数、ほぼ同形状、ほぼ同サイズのマイクロレフレクタで構成されている、請求項2に記載された面光源装置。
  4. 液晶パネルを照明する面光源装置を備えた液晶表示装置であって;
    前記面光源装置は、少なくとも1つの一次光源と、出射面と背面を提供する2つのメジャー面、並びに前記一次光源からの光導入のための側端面を備えた導光板を含み;
    前記背面は光進行方向転換のために多数のマイクロレフレクタを備え、
    各マイクロレフレクタは、前記背面が延在する一般面から台地状に突出した突起を形成し、
    各マイクロレフレクタは、内部に平坦な底面と、前記底面に隣接する谷を提供し、
    前記底面は、前記谷の光入力側に設けられ、且つ、前記背面が延在する一般面とほぼ平行に延在しており、
    前記谷は、第1の斜面及び第2の斜面を含み、且つ、前記底面から離れるに従って幅が狭く、且つ、浅くなる傾向を持つように形成されており、
    それにより、前記谷に到来した内部入力光が前記第1の斜面及び前記第2の斜面の内の一方で内部反射され、次いで、他方の斜面で内部反射され、前記出射面に向かう内部出力光が生成されるようになっており、
    前記谷の谷底の延在方向は、前記谷への内部入力光の主たる到来方向とほぼ一致するように、前記背面上の位置に応じて変化する分布を有している、前記液晶表示装置。
  5. 液晶パネルを前面から照明する面光源装置を備えたフロントライト型の液晶表示装置であって;
    前記面光源装置は、少なくとも1つの一次光源と、出射面と背面を提供する2つのメジャー面、並びに前記一次光源からの光導入のための側端面を備えた導光板を含み;
    前記背面は光進行方向転換のために多数のマイクロレフレクタを備え、
    各マイクロレフレクタは、前記背面が延在する一般面から台地状に突出した突起を形成し、
    各マイクロレフレクタは、内部に平坦な底面と、前記底面に隣接する谷を提供し、
    前記底面は、前記谷の光入力側に設けられ、且つ、前記背面が延在する一般面とほぼ平行に延在しており、
    前記谷は、第1の斜面及び第2の斜面を含み、且つ、前記底面から離れるに従って幅が狭く、且つ、浅くなる傾向を持つように形成されており、
    それにより、前記谷に到来した内部入力光が前記第1の斜面及び前記第2の斜面の内の一方で内部反射され、次いで、他方の斜面で内部反射され、前記出射面に向かう内部出力光が生成されるようになっており、
    前記谷の谷底の延在方向は、前記谷への内部入力光の主たる到来方向とほぼ一致するように、前記背面上の位置に応じて変化する分布を有している、前記液晶表示装置。
  6. 前記光導入が互いに異なる複数の方向からなされ、前記多数のマイクロレフレクタは、前記複数の方向からなされる光導入に対応してグループ分けされており、
    各グループに属するマイクロレフレクタは、前記グループ分けに対応した分担で内部出力光の生成を行なうように配向されている、請求項4または請求項5に記載された液晶表示装置。
  7. 前記複数のグループは、それぞれほぼ同数、ほぼ同形状、ほぼ同サイズのマイクロレフレクタで構成されている、請求項6に記載された液晶表示装置。
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