JPH11258600A - 液晶パネル用面光源装置 - Google Patents

液晶パネル用面光源装置

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JPH11258600A
JPH11258600A JP10058181A JP5818198A JPH11258600A JP H11258600 A JPH11258600 A JP H11258600A JP 10058181 A JP10058181 A JP 10058181A JP 5818198 A JP5818198 A JP 5818198A JP H11258600 A JPH11258600 A JP H11258600A
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light
light source
liquid crystal
guide plate
incident
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JP10058181A
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English (en)
Inventor
Kazumasa Kurokawa
和雅 黒川
Hisashi Takasu
久志 高須
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Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 導光板内での光の相互反射回数を最小限に抑
制するように光の導光板の入射端面に対する入射角の範
囲に制限を加えることで、液晶パネル内の液晶に対し熱
による影響を与えにくい構造の面光源装置を提供する。 【解決手段】 リフレクタ40は、両プリズムアレイ4
0cを備えている。これた各プリズムアレイ40cは、
複数の直角プリスム42を備えており、これら各直角プ
リスム42は、冷陰極管30の光を導光板20の入射端
面22へ反射する傾斜状反射面42aを有する。ここ
で、各反射面42aにより反射されて入射端面22に入
射した光の導光板20内での相互反射回数が最小限に制
限されるように、各反射面42aの傾斜角Ψが設定され
ている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、スメクチック液晶
等の熱の影響を受け易い液晶を用いる液晶パネルに採用
するに適した面光源装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の面光源装置においては、
透過型液晶パネルの裏面に沿い導光板を配置し、この導
光板の入射端面に沿い管光源を配置して、この管光源か
ら導光板内にその入射端面から入射した光を、面状光と
して、液晶パネルに入射させるようにしたものがある。
また、リフレクタを、管光源を覆うように配設して、こ
のリフレクタの反射作用により管光源の出射光の導光板
内への入射効率を高めるようにしてあるのが通常であ
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記面光源
装置では、導光板の面状光による輝度分布は液晶パネル
の裏面全体に亘り均一にし得るものの、管光源内に入射
された光の利用率が低い。この点につき詳細に検討して
みると、管光源の光は、管光源の軸心を中心として放射
状に360°方向に亘り均一に出射する。また、このよ
うに管光源から出射した光は、直接に、導光板の入射端
面に入射するか、或いは、リフレクタにより反射された
上で導光板の入射端面に入射する。
【0004】ここで、導光板の入射端面に対する光の入
射方向と当該入射端面に対する法線とのなす角、即ち入
射角は、管光源と導光板の入射端面との間の空間的位置
関係、当該入射端面の面積や、リフレクタの特性によっ
て決定される。また、導光板の底面には、上記面状光の
均一化のために、通常、光拡散処理層が形成されてい
る。従って、導光板内にその入射端面から入射した光
は、当該導光板内にて上記光拡散処理層の拡散反射作用
のもと相互反射されながら進む。
【0005】このような過程では、光量が、その相互反
射1回につき数%ずつ減少していく。従って、上記入射
角が大きい程、導光板内での光の相互反射回数も多くな
り、当該導光板での光量の減少度合も著しい。その結
果、光は、実質的に、導光板の当該光の進行方向中央ま
でにしか到達しない。従って、導光板内に入射した光の
うちその光量の減少分が導光板内にて吸収され熱エネル
ギーに変換されてしまい、この熱エネルギーが液晶パネ
ルの液晶に悪影響を及ぼす要因となっている。
【0006】また、導光板内では、上記入射角が大きい
程、入射端面近傍での相互反射回数が多い。このため、
導光板の入射端面近傍における光量の減少度合が高い。
従って、導光板内では、入射端面近傍程、光の熱エネル
ギーへの変換割合が高い。よって、液晶パネルのうち導
光板の入射端面に近い部分程、熱エネルギーの液晶に対
する悪影響の度合が大きい。
【0007】さらに、上記拡散処理層が、例えば、白イ
ンクの印刷層からなる場合には、光が当該印刷層により
吸収されて熱エネルギーに変換される。このため、この
熱エネルギーが、管光源や導光板を介し液晶に悪影響を
及ぼす。以上述べたようなことは、特に、液晶として、
熱に対し敏感な特性を有する反強誘電性液晶等のスメク
チック液晶を用いた場合に著しい。
【0008】これに対しては、例えば、特開平8−15
82625号公報にて示すように、導光板の入射端面を
凹凸形状に形成して、当該入射端面に対する光の入射角
を、導光板内での相互反射回数を減少させるように、抑
制することが考えられる。しかし、この場合、管光源か
ら上記入射端面への直接入射光については、上記入射角
を抑制することができても、リフレクタにより反射され
た光の上記入射端面への入射角を抑制することは、リフ
レクタの管光源や上記入射端面に対する位置や形状等の
ため、困難であるという不具合が生ずる。
【0009】また、上記公報のものでは、導光板の入射
端面を平面のままにして、当該入射端面にプリズム状透
過板を平行に配置した例が開示されているが、これによ
っても、上述と同様の不具合が生ずる。なお、特開平8
−94846号公報や特開平8−54625号公報に
も、光学部材を用いる例が示されているが、上述と同様
の不具合が生ずる。
【0010】従って、液晶パネルの液晶として熱の影響
を受けやすい液晶を用いる場合には、リフレクタの構造
を管光源や液晶パネルとの関係において熱を拡散し易い
構造とする必要がある。そこで、本発明は、以上のよう
なことに対処するため、導光板内での光の相互反射回数
を最小限に抑制するように光の導光板の入射端面に対す
る入射角の範囲に制限を加えることで、液晶パネル内の
液晶に対し熱による影響を与えにくい構造の面光源装置
を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記課題の解決にあた
り、請求項1乃至5に記載の発明に係る面光源装置で
は、液晶パネル(10)の裏面に沿い配置された導光板
(20)と、この導光板の入射端面(22)に配設され
て放射状に光を出射する管光源(30)と、この管光源
の軸方向に沿い当該管光源を断面略U字状に覆うように
配設されたリフレクタであって管光源から光を入射され
て反射するリフレクタ(40)とを備え、導光板は、管
光源及びリフレクタから入射端面に入射する光を導入し
て面状光として液晶パネルにその裏面から入射する。
【0012】ここで、リフレクタの内表面のうち互いに
対向する各内表面部には、光学系アレイ(40c、40
d)が、それぞれ、傾斜状反射面(42a)を管光源の
軸に直交する方向に鋸歯状波状に複数配列してなるよう
に設けられており、各傾斜状反射面は、管光源からリフ
レクタへの光を入射端面に向けて反射するように傾斜し
ている。
【0013】そして、各傾斜状反射面による反射光が入
射端面に入射されたときこの入射光が導光板内にて相互
反射される回数を最小限に制限するように、各反射面の
傾斜角が、入射端面の幅及び当該入射端面からの距離に
応じて設定されている。このように、導光板内にその入
射端面から入射した光の当該導光板内での相互反射回数
が最小限に制限されるから、導光板内での光の吸収が最
小限に抑制される。このため、液晶パネルの液晶に対し
導光板の熱による悪影響が生ずることがない。
【0014】ここで、請求項2に記載の発明によれば、
各光学的アレイは、管光源の軸に直交する方向に配列さ
れて傾斜状反射面をそれぞれ有する複数のプリズム(4
2)からなる。また、これら各プリズムの傾斜状反射面
(42a)は、傾斜角を、当該各プリズムの配列位置に
応じて有する。
【0015】これによれば、請求項1に記載の発明の作
用効果を確保できる。また、請求項3に記載の発明のよ
うに、各光学的アレイが、複数の傾斜状反射面に相当す
る複数の傾斜状干渉縞面(43)を有する光学干渉素子
であってもよい。また、請求項4に記載の発明のよう
に、各光学的アレイは回折格子或いはホログラムであっ
てもよい。
【0016】また、請求項5に記載の発明のように、液
晶パネルの液晶がスメクチック液晶であっても、請求項
1乃至4に記載の発明の作用効果を確保しつつ、当該ス
メクチック液晶に対する導光板の熱の影響を確実に防止
できる。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明の各実施形態を図面
に基づいて説明する。 (第1実施形態)図1は本発明を適用してなる液晶表示
装置の概略断面を示している。この液晶表示装置は、反
強誘電性液晶を封入した液晶パネル10と、面光源装置
Sとを備えている。
【0018】面光源装置Sは、導光板20、冷陰極放電
管30及びリフレクタ40を備えている。導光板20
は、その上面21にて、液晶パネル10にその裏面に沿
い配設されており、この導光板20は、その入射端面2
2から冷陰極放電管30の光を導入して均一な面状光と
して液晶パネル10にその裏面から入射する。なお、図
1にて、符号20aは、導光板20の底面に形成した光
反射拡散シートを示す。
【0019】冷陰極放電管30は、図1及び図2にて示
すごとく、導光板20の入射端面22に沿い配設されて
おり、この冷陰極放電管30は、導光板20の入射端面
22に線状の光を入射する。リフレクタ40は、図1及
び図2にて示すごとく、半円筒部40aと、この半円筒
部40aの両縁から互いに平行に延出する両平行部40
bと、これら両平行部40bの内面にそれぞれ形成した
プリズムアレイ40cとを備えている。なお、円筒部4
0aの内表面は反射面(放物面鏡として機能する)とし
ての役割を果たす。
【0020】両平行部40bは、その各延出端部41に
て、導光板20の図1及び図2にて図示左端部に固着さ
れている。また、半円筒部40aの半円状断面の中心
は、導光板20の入射端面22の幅(導光板20の板厚
方向幅)の中央に対向している。このため、半円筒部4
0aの内表面直径は、入射端面22の幅に等しい。これ
により、リフレクタ40が入射端面22を覆うこととな
り、光の漏洩の防止に有効である。その結果、入射端面
22に対する冷陰極放電管30の光の入射効率を高める
ことができる。
【0021】ここで、冷陰極放電管30の軸心は、図2
から理解されるように、半円筒部40aの中心よりも、
図1にて図示左方に位置している。また、冷陰極放電管
30の軸心は、導光板20の入射端面22に幅方向中央
を通る半円筒部40aの半径線P上に位置している。そ
して、冷陰極管30の出射光を有効に活用するために
は、次の数1の式を満たす必要がある。
【0022】
【数1】θ=tan-1(D/2L) 但し、θは、冷陰極管30の出射光の半径線Pとのなす
出射角を表す。また、Dは、導光板20の入射端面22
の幅方向長を表しており、この出射角θの最大値は、例
えば、50度である。また、Lは、冷陰極管30の軸心
と導光板20の入射端面との間の距離を表す。
【0023】冷陰極管30から導光板20の入射端面2
2への直接入射光の当該入射端面22での屈折角はでき
るだけ小さい方が、導光板20内における入射光の相互
反射回数が少ない。このため、距離L及びの幅方向長D
を小さくすることが要求される。両プリズムアレイ40
cは、半径線Pに対し対称的に位置しかつ対称的な構成
を有する。図2にて図示上側に位置するプリズムアレイ
40cを例にとりその構成につき説明する。
【0024】プリズムアレイ40cは、複数の柱状直角
プリズム42を備えている。これら各直角プリズム42
は、リフレクタ40の上側平行部40bの内表面に沿い
図2にて図示左端部から右端部にかけて配列形成されて
おり、これら各直角プリズム42の長手方向は、導光板
20の幅方向に直角となっている。ここで、プリズムア
レイ40cの各直角プリズムの構成について説明する。
【0025】各直角プリズム42において上側平行部4
0b上の底面と傾斜状反射面42aとの角(以下、傾斜
角という)をΨで表し、一直角プリズム42の反射面4
2a上の点Qと冷陰極管30の軸心(以下、軸心Oとい
う)を通り入射端面22に平行な線(以下、平行線Rと
の間の距離をLaとすれば、傾斜角Ψと距離Lとの関係
を表すデータ(以下、傾斜角−距離データという)は、
図3にて示すグラフにより特定される。但し、導光板2
0の入射端面22の幅方向長さDを10mmとし、空気
の屈折率n1 =1とし、導光板20の屈折率n2 =1.
5とする。また、一直角プリズム42の反射面42a上
の点Qにて反射される冷陰極管30の光が導光板20の
入射端面22に入射したときの屈折角φを15度とす
る。
【0026】従って、プリズムアレイ40cの各直角プ
リズム42は、上記傾斜角−距離データでもって特定さ
れる傾斜角Ψを距離Lに応じて有するように形成されて
いる。次に、上記傾斜角−距離データの導出根拠につい
て説明する。図2において、傾斜角Ψは、スネルの法則
を用いて、次の数2の式により表される。
【0027】
【数2】 Ψ=〔θ−sin-1{(n2 /n1 )sinφ}〕/2 ここで、導光板20の入射端面22の幅方向長さをDと
し、また、点Qと上側平行部40bとの間の間隔をdと
すれば、D≫dが成立する。従って、出射角θは、幅方
向長さD及び距離Laとの関係において、次に数3の式
により表される。
【0028】
【数3】θ=tan-1(D/2La) よって、上記数2及び数3の両式から次の数4の式が得
られる。
【0029】
【数4】Ψ=〔tan-1(D/2La)−sin
-1{(n2 /n1 )sinφ}〕/2 しかして、この式において、D=10mm、n1 =1、
2 =1.5、φ=15度とすれば、図3のグラフが得
られる。つまり、θ>tan-1(D/2La)=50度
の範囲において、導光板20の入射端面22に対する入
射角を、例えば、最大±25度と制限するには、各直角
プリズム42の傾斜角Ψは、距離Laとの関係におい
て、図4のグラフ上の値を満たすことが必要とされる。
なお、導光板20の屈折率は例えば1.5程度とする以
上のようなことから、本実施形態では、プリズムアレイ
40cの各直角プリズム42は、図3にて図示左端の直
角プリズムから図示右端の直角プリズムにかけて、傾斜
角Ψが距離Laに応じて図4のグラフを満たすように決
定されている。これに伴い、各直角プリズム42の断面
形状も距離Laに応じた傾斜角Ψを有するように決定さ
れている。なお、導光板20が中空状のものである場合
には、入射端面22に対する入射角を最大±15度程度
とする。
【0030】なお、他方のプリズムアレイ40cも、同
様に構成されている。以上のように構成した本第1実施
形態では、冷陰極管30が光を出射すると、この光は、
リフレクタ40内にて放射状に進む。この場合、冷陰極
管30の出射光は、導光板20の入射端面22に直接入
射する部分と、両プリズムアレイ40cに入射する部分
と、リフレクタ40の半円筒部40aに入射する部分と
に分かれる。
【0031】導光板20の入射端面22に直接入射する
光部分は、数1の式を満たすことを条件に、導光板20
内に入射した後のこの導光板20内での相互反射回数が
大幅に減少され得る。また、両プリズムアレイ40cに
入射する光部分は、各プリズムアレイ40cの各直角プ
リズム42の形成が、上述のごとく、図3のグラフを満
たすようになされている。従って、両プリズムアレイ4
0cに入射する光部分は、数4の式を満たすことを条件
に、導光板20内に入射した後のこの導光板20内での
相互反射回数が大幅に減少され得る。
【0032】また、リフレクタ40の半円筒部40aは
冷陰極管30の後方に位置しているから、半円筒部40
aに入射する光部分は、当該半円筒部40aにより反射
された後、導光板20の入射端面22に、導光板20の
入射端面22に直接入射する光部分よりも小さな角度に
て入射する。このため、入射端面22での屈折角は非常
に小さい。
【0033】従って、冷陰極管30の出射光のうち導光
板20内に入射した光が当該導光板20内での相互反射
する回数が大幅に減少し得る。よって、冷陰極管30の
出射光が導光板20内にて熱エネルギーに変換させる量
が非常に少なくなる。その結果、導光板20の熱エネル
ギ−として吸収量が少なくなり、この熱エネルギーが液
晶パネル10に伝わってその反強誘電性液晶に悪影響を
与えることがない。このようなことは、光拡散反射層2
0aが導光板20内の光を吸収する場合でも同様であ
る。
【0034】また、上述のごとく、入射端面22での屈
折角は非常に小さい。従って、導光板20内での入射端
面22の近傍における光の相互反射回数が非常に少なく
なり、その結果、導光板20の光の出射面、即ち、液晶
パネル10の表示面の輝度を均一にし得る。 (第2実施形態)図4は、本発明の第2実施形態を示し
ている。
【0035】この第2実施形態では、上記第1実施形態
にて述べたリフレクタ40の各直角プリズム42が、図
4にて示すごとく、リフレクタ40の半円筒部40aま
で、半径線Pを境界として延出形成されている。その他
の構成は上記第1実施形態と同様である。このように構
成した本第2実施形態においては、各プリズムアレイ4
0cが、上述のごとく、リフレクタ40の半円筒部40
aまで延長形成されている。
【0036】これにより、上記第1実施形態の作用効果
をより一層向上できる。 (第3実施形態)図5は、本発明の第3実施形態の要部
を示している。この第3実施形態では、上記第1実施形
態にて述べたリフレクタ40及び冷陰極管30が、導光
板20の図5にて図示左側入射端面22(上記第1実施
形態にて述べた入射端面22と同じ)のみでなく、導光
板20の右側入射端面23にも、同様に形成されてい
る。なお、図5にて符号10aは、拡散シートを示す。
その他の構成は上記第1実施形態と同様である。
【0037】このように構成した本第3実施形態では、
リフレクタ40及び冷陰極管30が、導光板20の入射
端面23にも形成されている。その結果、図1にて示す
作用効果を効果的に発生できる。 (第4実施形態)図6は、本発明の第4実施形態の要部
を示している。
【0038】この第4実施形態では、上記第1実施形態
にて述べた導光板20と液晶パネル10との間に、反射
拡散シート10b、両集光シート10c及び偏光反射シ
ート10dが介装されている。これによっても、上記第
1実施形態と同様の作用効果を達成できる。 (第5実施形態)図7は、本発明の第5実施形態の要部
を示している。
【0039】この第5実施形態では、各体積型板状ホロ
グラム40d(図7では、一方のホログラム40dのみ
を示す)が、上記第1実施形態にて述べた各プリズムア
レイ40cに代えて、リフレクタ40の各平行板部40
bの内表面に設けられている。各ホログラム40dは、
その光学的構成材料内に各複数の積層状干渉縞面43を
鋸歯状波状に図1及び図7にて図示左側から右側にかけ
て配列形成してなるもので、これら各干渉縞面43は、
上記第1実施形態にて述べたプリズム42の傾斜状反射
面42aに相当する。
【0040】ここで、各干渉縞面43の傾斜角Ψaは次
の数5の式を満たす。
【0041】
【数5】Ψa=A1−A2 ここで、A1、A2は、図7にて示す角度であり、これ
らA1、A2は、それぞれ、次の数6、数7の式により
与えられる。
【0042】
【数6】
【0043】
【数7】 但し、図7にて示すごとく、B1=90−θである。な
お、θは上記第1実施形態にて述べた出射角である。
【0044】また、B2は、図7にて示す角度であり、
このB2は、次の数8の式により表される。
【0045】
【数8】 以上より、上記傾斜角Ψaを上記第1実施形態にて述べ
た傾斜角Ψと同様に設定すれば、本実施形態のように、
プリズムアレイ40cに代えてホログラム40dを採用
しても、上記第1実施形態と同様の作用効果を達成でき
る。なお、その他の構成及び作用効果は上記第1実施形
態と同様である。
【0046】なお、上記第5実施形態においては、ホロ
グラム40dを採用した例について説明したが、これに
代えて、体積型回折格子を採用しても、上記第5実施形
態と同様の作用効果を達成できる。但し、上記体積型回
折格子の干渉縞面は、ホログラム40dの干渉縞面と同
様に設定する。また、本発明の実施にあたり、体積型ホ
ログラムや体積型回折格子に代えて、面積型ホログラム
や面積型回折格子を採用して実施してもよい。
【0047】また、本発明の実施にあたり、液晶パネル
10に用いる液晶は、反強誘電性液晶に限ることなく、
強誘電性液晶等のスメクチック液晶その他の熱の影響を
受け易い液晶を採用してもよい。また、本発明の実施に
あたり、冷陰極放電管30に代えて、各種の管光源を採
用して実施してもよい。
【0048】また、本発明の実施にあたり、上記第1実
施形態にて述べたプリズムは、直角プリズムに限ること
はない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態を示す部分破断側面図で
ある。
【図2】図1の冷陰極管、リフレクタ及び導光板の間の
配置関係を示す模式的な要部拡大断面図である。
【図3】図2のプリズムアレイの各直角プリズムの傾斜
角Ψと距離Laとの関係を示すグラフである。
【図4】本発明の第2実施形態を示す部分断面図であ
る。
【図5】本発明の第3実施形態を示す部分破断側面図で
ある。
【図6】本発明の第4実施形態を示す部分破断側面図で
ある。
【図7】本発明の第5実施形態を示す模式的な要部拡大
断面図である。
【符号の説明】
10…液晶パネル、20…導光板、22、23…入射端
面、30…冷陰極放電管、40…リフレクタ、40a…
半円筒部、40b…平行部、40c…プリズムアレイ、
42…直角プリズム、42a…反射面。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 液晶パネル(10)の裏面に沿い配置さ
    れた導光板(20)と、 この導光板の入射端面(22)に配設されて放射状に光
    を出射する管光源(30)と、 この管光源の軸方向に沿い当該管光源を断面略U字状に
    覆うように配設されたリフレクタであって前記管光源か
    ら光を入射されて反射するリフレクタ(40)とを備え
    て、 前記導光板は、前記管光源及び前記リフレクタから前記
    入射端面に入射する光を導入して面状光として前記液晶
    パネルにその裏面から入射するようにした面光源装置に
    おいて、 前記リフレクタの内表面のうち互いに対向する各内表面
    部には、光学系アレイ(40c、40d)が、それぞ
    れ、傾斜状反射面(42a)を前記管光源の軸に直交す
    る方向に鋸歯状波状に複数配列してなるように設けられ
    ており、 前記各傾斜状反射面は、前記管光源から前記リフレクタ
    への光を前記入射端面に向けて反射するように傾斜して
    おり、 前記各傾斜状反射面による反射光が前記入射端面に入射
    されたときこの入射光が前記導光板内にて相互反射され
    る回数を最小限に制限するように、前記各反射面の傾斜
    角が、前記入射端面の幅及び当該入射端面からの距離に
    応じて設定されていることを特徴とする液晶パネル用面
    光源装置。
  2. 【請求項2】 前記各光学的アレイは、前記管光源の軸
    に直交する方向に配列されて前記傾斜状反射面をそれぞ
    れ有する複数のプリズム(42)からなり、 これら各プリズムの傾斜状反射面(42a)は、前記傾
    斜角を、当該各プリズムの配列位置に応じて有すること
    を特徴とする請求項1に記載の液晶パネル用面光源装
    置。
  3. 【請求項3】 前記各光学的アレイが、前記複数の傾斜
    状反射面に相当する複数の傾斜状干渉縞面(43)を有
    する光学干渉素子であることを特徴とする請求項1に記
    載の液晶パネル用面光源装置。
  4. 【請求項4】 前記各光学的アレイは回折格子或いはホ
    ログラムであることを特徴とする請求項3に記載の液晶
    パネル用面光源装置。
  5. 【請求項5】 前記液晶パネルは、スメクチック液晶を
    封入してなることを特徴とする請求項1乃至4のいずれ
    か一つに記載の液晶パネル用面光源装置。
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