WO2006098029A1 - 照明装置及び液晶表示装置 - Google Patents

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Satoshi Maeda
Hirokazu Aritake
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Fujitsu Limited
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    • G02F1/133Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/1336Illuminating devices
    • G02F1/133616Front illuminating devices

Definitions

  • the present invention relates to a liquid crystal display device using an illumination device, and more particularly to a liquid crystal display device using an illumination device having a light guide plate power having a cylindrical lens and a prism.
  • a liquid crystal display device is basically composed of a liquid crystal panel and an illumination device as illumination means.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a conventional transmissive liquid crystal panel.
  • a deflector 214 is incorporated between a glass substrate 210 and a glass substrate 212 as shown in FIG.
  • bus lines and the like are formed on the glass substrate 212.
  • a liquid crystal 220 is sealed between the glass substrate 212 and the glass substrate 218.
  • a color filter 224 is sandwiched between the glass substrate 218 and the glass substrate 222.
  • a deflector 228 is sandwiched between the glass substrate 222 and the glass substrate 226.
  • the transmissive liquid crystal panel has a configuration in which a color filter and liquid crystal are polarized and sandwiched
  • the reflective liquid crystal panel has a configuration in which the deflector 214 is replaced with a reflecting plate such as a mirror.
  • the phase is modulated due to its characteristics, passes through the color filter, and is transmitted and shielded by the polarizer. Become. By arranging a plurality of these dots, it becomes character information or image information.
  • the liquid crystal itself is a light-receiving element that does not emit light, it is difficult to visually recognize the information with a single liquid crystal.
  • an illuminating device as an illuminating means is disposed on the back surface (back) of a transmissive liquid crystal panel and on the front surface (front) of a reflective liquid crystal panel.
  • Reflective liquid The crystal panel is illuminated by sunlight or room light, so it does not require a lighting device under the conditions, but if it is not in a lighting environment, a lighting device is required as well as a transmission type.
  • the illumination device includes a point light source and a light guide plate. Light emitted from a point light source such as an LED is incident on the light guide plate to irradiate the entire surface of the liquid crystal panel.
  • the LED is disposed on the end surface of the light guide plate, and the light guide plate is formed with an angle on the lower surface of the light guide plate (counter emission surface). Leakage power of LED Light is emitted through the prism sheet placed on it.
  • the power to use 3 to 4 LEDs in a 2 inch size Normally there is no light between the LEDs, especially in the vicinity of the LED where the LED light is incident, the brightness is high in front of the LED and the brightness called the low brightness between the LEDs Unevenness occurs. In the vicinity of the LED, it was difficult to control the total reflection conditions, so it was difficult to adjust the brightness.
  • Patent Document 1 there is a technique for preventing a decrease in luminance in the vicinity of the LED by forming a prism on the exit surface or the opposite exit surface and forming a rough surface) on the opposite side of the prism surface. It is disclosed.
  • Patent Document 2 discloses a technique for preventing a decrease in luminance in the vicinity of an LED by partially changing the taper angle of the exit surface or the opposite exit surface of the light guide plate.
  • Patent Document 3 a light guide plate having lens arrays formed on both sides, a light deflection element on the exit surface of the light guide plate, and a light reflection element on the surface opposite to the exit surface are provided. The resulting technology is disclosed.
  • Patent Document 1 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2004-006326
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-216530
  • Patent Document 3 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-114432 Disclosure of the invention
  • the present invention improves the luminance unevenness in the vicinity of the LED without reducing the overall luminance, and an illumination device that can be used as a front light or a backlight, and a liquid crystal using the same It is an object to provide a display device.
  • one aspect of the present invention is an illumination device having a light source on a light incident surface of a light guide plate, and emits a prism that deflects and reflects or emits light out of the light guide plate. It is an illumination device having a light guide plate formed on another surface with a cylindrical lens that is formed on a surface or a reflection surface and distributes and expands light.
  • the prism and cylindrical lens In this way, by having the prism and cylindrical lens, the brightness unevenness in the vicinity of the LED is improved without reducing the overall brightness.
  • Another aspect of the present invention is an illumination device having a liquid crystal panel and a light source on a light incident surface of a light guide plate, and a prism that deflects and reflects or emits light out of the light guide plate.
  • a liquid crystal display device including an illumination device having a light guide plate formed on a reflective surface and formed with a cylindrical lens for distributing and expanding light on another surface.
  • the liquid crystal display device can use the lighting device as a front light or a backlight.
  • an illuminating device that can be used as a front light or a backlight, and a liquid crystal display device using the same, by improving luminance unevenness in the vicinity of the LED without reducing the luminance as a whole. Can do.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of an embodiment of a lighting device according to the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing one shape of the light guide plate according to the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing an illumination device using the light guide plate shown in FIG.
  • the illuminating device includes an LED 21 that is a point light source and a light guide plate 20.
  • the light guide plate 20 has a prism 25 having a function of totally reflecting the light incident on the light guide plate 20 and emitting it from the light guide, and a surface opposite to the surface on which the prism 25 is formed.
  • the cylindrical lens array 26 has a function of expanding the orientation of the reflected light.
  • the surface constituting the prism is the anti-emission surface
  • the surface constituting the cylindrical lens is the emission surface.
  • a prism is formed on the opposite exit surface, but a prism may be formed on the exit surface.
  • a plurality of LED light sources 21 are arranged on the light incident surface 27 of the light guide plate 20 at regular intervals.
  • the prisms 25 are formed in a direction substantially orthogonal to the directionality of incident light, and the prisms 25 are continuously arranged in a ridge line in the directionality of light. ing.
  • the shape of the prism 25 is an unequal triangle, and one of the hypotenuse angles of the prism is 0.1 to 1550 degrees. Since the hypotenuse angle is closer to the LED light source, the light is reflected from the prism surface at any position on the counter-exit surface and exits the light guide plate from the output surface.
  • the light from the LED light source 21 enters from the light incident surface 27 of the light guide plate 20, and part of the light reaches the prism 25 formed on the bottom surface.
  • the light that reaches the prism 25 is totally reflected by the prism 25, and is distributed and magnified by the cylindrical lens array 26 formed on the exit surface of the light guide plate, and is emitted.
  • a part of the light reaches the cylindrical lens array 26 directly, and the orientation is expanded and emitted from the light exit surface to the outside of the light guide plate.
  • the prism formed on the non-emission surface is an unequal triangular shape, and the angle of the hypotenuse of the unequal triangular shape changes depending on the distance from the LED light source 21, so that any prism 25 transmits light to the light guide plate. It becomes possible to emit light substantially orthogonal to the emission surface. Therefore, it is not necessary to provide a reflector on the 25th surface of the prism, which is very effective for reducing manufacturing costs.
  • a cylindrical lens 26 is formed on the exit surface and extends in the direction of directivity of the light incident on the light guide plate, and its ridgeline is formed in a direction orthogonal to the direction of light directivity. Sirin
  • the cylindrical lens 26 is a curved surface having a convex exit surface. In order to make it easier to process, this curve may be a pseudo curve shape combining straight lines. By adopting a cylindrical shape, it becomes possible to radiate and expand the light distribution to the outside of the light guide plate 20 and to prevent a decrease in luminance.
  • the illumination device 10 shown in FIG. 3 can eliminate a dark portion immediately after incidence on the light guide plate 20. In particular, brightness unevenness near the LED is improved. Furthermore, since the amount of light emitted directly from the light guide plate 20 to the exit surface increases, it is possible to prevent light from scattering inside the light guide plate 20 and to prevent a reduction in luminance.
  • FIG. 4 is a diagram in which a prism array is formed on the light incident surface of the light guide plate.
  • the prism array 29 is arranged by forming ridge lines in the thin direction of the light incident surface of the light guide, that is, in the direction of the exit surface and the opposite exit surface.
  • the cylindrical lens 26 may be arranged with a ridge line in the thin direction of the light incident surface. By doing so, it is possible to effectively eliminate the dark portion of the light guide 20 immediately after incident.
  • FIG. 5 is an embodiment of a liquid crystal display device using a reflective liquid crystal panel.
  • the light guide 20 according to the present invention is a lighting device 10 and is a reflective liquid crystal display device 70 using this as a front light.
  • FIG. 6 shows an embodiment of a liquid crystal display device using a transmissive liquid crystal panel.
  • a light-guiding body 20 according to the present invention is a illuminating device 10 and is a transmissive liquid crystal display device 70 using this as a backlight.
  • the liquid crystal display device 70 can be provided at a low cost with a uniform distribution and high luminance.
  • the cylindrical lens 26 extending in the direction of light directivity is formed on the light exit surface of the light guide 20 so as to be continuously arranged in a direction orthogonal to the direction of light directivity.
  • the prism 25 is formed in a direction orthogonal to the directivity direction of the light incident on the light guide on the opposite light exit surface so as to be continuously aligned in the directivity direction of the light. It can be used as a kite.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of an embodiment of a lighting device according to the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing one shape of a light guide plate according to the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing an illumination device using the light guide plate shown in FIG.
  • FIG. 4 is a diagram in which a prism array is formed on a light incident surface of a light guide plate.
  • FIG. 5 is an embodiment of a liquid crystal display device using a reflective liquid crystal panel.
  • FIG. 6 is an embodiment of a liquid crystal display device using a transmissive liquid crystal panel.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a conventional transmissive liquid crystal panel.

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Abstract

 全体的に輝度を低下させることなく、LED近傍の輝度むらを改善し、フロントライト又はバックライトとして用いることができる照明装置、及びそれを用いた液晶表示装置を提供することを課題とする。光源を導光板20の入光面27に有する照明装置10であって、導光板20の外へ光を偏向反射若しくは出射させるプリズム25を出射面または反射面に形成し、光を配光・拡大させるシリンドリカルレンズ26を他の面に形成した導光板20を有する照明装置10を用いることを特徴とする。

Description

照明装置及び液晶表示装置
技術分野
[0001] 本発明は、照明装置を用いる液晶表示装置に関し、さらに詳しくは、シリンドリカル レンズ及びプリズムを有する導光板力 なる照明装置を用いる液晶表示装置に関す る。
背景技術
[0002] 近年、 PC等で使用される液晶表示装置は、カラー化、高輝度化及び高解像度化 等の高い表示品質が要求されている。液晶表示装置は、基本的には、液晶パネルと 、照明手段である照明装置とから構成されている。液晶パネルには透過型と反射型 があり、透過型液晶パネルでは背面、反射型液晶パネルでは前面に照明装置を配 置する。
[0003] 図 7は、従来の透過型液晶パネルを示す断面図である。透過型液晶パネルは、図 7に示すように、ガラス基板 210とガラス基板 212との間には、偏向子 214が組み込ま れている。ガラス基板 212上には、バスライン等が形成されている。ガラス基板 212と ガラス基板 218との間には、液晶 220が封入されている。さら〖こ、ガラス基板 218とガ ラス基板 222との間には、カラーフィルタ 224が挟み込まれている。ガラス基板 222と ガラス基板 226との間には、偏向子 228が挟み込まれている。
[0004] 透過型液晶パネルは、カラーフィルタと液晶が偏光してはさまれた構成であり、反 射型液晶パネルは、偏向子 214をミラー等の反射板で置き換えた構成である。いず れの液晶パネルにおいても、直線偏光の光が液晶を透過するときに、その特性から 位相が変調され、カラーフィルタを通過し、偏光子によって透過、遮光されることで白 、黒表示となる。このドットが複数個配列していることで文字情報あるいは画像情報と なる。一方、液晶自体は発光しない受光型素子であるため、液晶単体では前記情報 を視認することは困難である。
[0005] これを解決するために、一般的には、透過型液晶パネルでは背面 (バック)、反射 型液晶パネルでは前面 (フロント)に照明手段である照明装置を配置する。反射型液 晶パネルは太陽光あるいは室内灯により光が照射されるため、その条件下では照明 装置を必要としないが、照明環境にない場合は、透過型同様照明装置が必要となる 。照明装置は、点光源及び導光板から構成され、 LED等の点光源力ゝら出射される光 を導光板に入射し液晶パネル全面を照射している。
[0006] LEDは導光板端面に配置され、導光板は導光板下面 (反出射面)に角度を持たせ て形成されており、全反射条件がくずれて導光板上面 (出射面)カゝら漏れた LEDの光 力 その上に配置したプリズムシートを介して出射される。通常、 2インチサイズで 3— 4個の LEDを用いる力 LED間は光がないため、特に LED光が入射する LED近傍 では、 LED正面で輝度が高ぐ LED間で輝度が低い目玉と呼ばれる輝度むらが発 生する。 LED近傍では、全反射条件を制御し難いために明るさ調整が難しぐ LED 近傍では輝度低下が発生する、等の問題があった。
[0007] そこで、例えば、特許文献 1では、出射面または反出射面にプリズムを形成し、プリ ズム面の対面に粗面馓乱面)を形成して LED近傍では輝度低下を防止する技術が 開示されている。
し力しながら、光の粗面によって光が拡散するため、 LED近傍の輝度むらは改善 するが、全体の輝度が低下するという問題があった。
また、特許文献 2では、導光板の出射面あるいは反出射面のテーパの角度を部分 的に変化させ LED近傍の輝度低下を防止する技術が開示されている。
し力しながら、テーパ角度が変化する位置でスジ (線)が入り、表示品位が低下する という問題があった。
また、特許文献 3では、両面にレンズアレイを形成した導光板と、導光板の出射面 に光偏向素子と、出射面と対向する面に光反射素子とを備えて、適度な出射光分布 をもたらす技術が開示されている。
し力しながら、上記構成では、フロントライトとして用いることができないという問題が めつに。
[0008] 特許文献 1:特開 2004— 006326号公報
特許文献 2:特開 2002— 216530号公報
特許文献 3:特開 2003—114432号公報 発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0009] 上記問題点に鑑み、本発明は、全体的に輝度を低下させることなぐ LED近傍の 輝度むらを改善し、フロントライト又はバックライトとして用いることができる照明装置、 及びそれを用いた液晶表示装置を提供することを課題とする。
課題を解決するための手段
[0010] 上記課題を達成するために、本発明の一つの側面は、光源を導光板の入光面に 有する照明装置であって、導光板の外へ光を偏向反射若しくは出射させるプリズムを 出射面または反射面に形成し、光を配光 ·拡大させるシリンドリカルレンズを他の面に 形成した導光板を有する照明装置であることを特徴とする。
このように、プリズム及びシリンドリカルレンズを有することで、全体輝度を低下させる ことなぐ LED近傍の輝度むらを改善している。
[0011] また、本発明の他の側面は、液晶パネルと、光源を導光板の入光面に有する照明 装置であって、導光板の外へ光を偏向反射若しくは出射させるプリズムを出射面また は反射面に形成し、光を配光 '拡大させるシリンドリカルレンズを他の面に形成した導 光板を有する照明装置とからなる液晶表示装置であることを特徴とする。
このような構成としたことで、液晶表示装置は、照明装置をフロントライト又はバック ライトとして用いることができる。
発明の効果
[0012] 本発明により、全体的に輝度を低下させることなぐ LED近傍の輝度むらを改善し、 フロントライト又はバックライトとして用いることができる照明装置、及びそれを用いた 液晶表示装置を提供することができる。
発明を実施するための最良の形態
[0013] 以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。なお、 以下の説明はこの発明の最良の形態の例であって、いわゆる当業者は特許請求の 範囲内で、変更 ·修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、以下の説明が特 許請求の範囲を限定するものではな 、。 [0014] 図 1は、本発明に係る照明装置の実施形態の一例を示す図である。図 2は、本発明 に係る導光板の一形状を示す図である。図 3は、図 2に示す導光板を用いた照明装 置を示す図である。
図 1に示すように、照明装置は、点光源である LED21と導光板 20とからなる。図 1 では、導光板 20は、導光板 20に入射した光を全反射し導光体から出射する機能を 有するプリズム 25と、前記プリズム 25を形成した面と対向する面にプリズム 25面で全 反射した光を配向拡大する機能を有するシリンドリカルレンズアレイ 26とから構成さ れる。本形状では、プリズムを構成する面が反出射面であり、シリンドリカルレンズを 構成する面が出射面となる。図 1に示す照明装置は、反出射面にプリズムを形成して いるが、出射面にプリズムを形成しても良い。
[0015] LED光源 21は、導光板 20の入光面 27に一定の間隔で複数個配置されている。
図 1に示すように、プリズム 25は入射した光の指向性方向に略直交方向に形成さ れ、さらに、プリズム 25は、光の指向性方向に稜線を形成して連続的に並んで配列 されている。プリズム 25の形状は不等辺三角形であり、プリズムの斜辺角の一方は 0 . 1一 50度である。斜辺角は LED光源に近いほど大きいので、光は反出射面のどの 位置でもプリズム面に反射して出射面から導光板外へ出射する。
[0016] LED光源 21からの光は、導光板 20の入光面 27から入射し、一部は底面に形成す るプリズム 25に達する。プリズム 25に達した光は、プリズム 25で全反射して、導光板 の出射面に形成されるシリンドリカルレンズアレイ 26により配光 ·拡大されて出射する 。また、一部の光は、直接シリンドリカルレンズアレイ 26に達し、配向'拡大して出射 面から導光板外部へ出射する。
反出射面に形成されるプリズムは不等辺三角形状であり、不等辺三角形の斜辺角 は、 LED光源 21との距離に応じてその角度が変わるため、どのプリズム 25において も、光を導光板の出射面に対して略直交して出射することが可能になる。従って、プ リズム 25面には反射板等を備える必要がなくなり、製造原価の低減に対し非常に有 効である。
[0017] 出射面には、シリンドリカルレンズ 26が形成され、導光板に入射した光の指向性方 向に延びており、その稜線は、光の指向性方向と直交方向に形成されている。シリン ドリカルレンズ 26は、その出射面が凸形状をした曲線である。また、より加工しやすく するために、この曲線は、直線を組み合わせた疑似的な曲線形状でもよい。シリンド リカル形状にすることで、導光板 20外部へ光を配光拡大して出射させることが可能に なり、輝度の低下を防止できる。
[0018] また、図 2に示すように、導光板の一形状として入光面 27と出射面 28とのなす角 Θ
1を 90度未満にしたことで、入射した光が、出射面における入光面近くの領域で出射 する光量が増えることになる。従って、この導光板 20を用いることで、図 3に示す照明 装置 10は導光板 20における入射直後の暗い部分をなくすことができる。特に、 LED 近傍の輝度むらを改善している。さらに、導光板 20から直接出射面へ出射する光量 が増えるため、導光板 20内部で光が散乱することを防止し、輝度の低下を防止する ことが可能になる。
[0019] 図 4は、導光板の入光面にプリズムアレイを形成した図である。プリズムアレイ 29は 導光体の入光面の薄手方向、即ち、出射面及び反出射面方向に稜線を形成して配 置されている。また、プリズムアレイの他にシリンドリカルレンズ 26を入光面の薄手方 向に稜線を形成して配置されてもよい。このようにすることで、導光体 20における入 射直後の暗い部分を効果的になくすことができる。
[0020] 図 5は、反射型液晶パネルを用いる液晶表示装置の実施形態である。図 5に示す ように、本発明に係る導光体 20を照明装置 10とし、これをフロントライトとして用いた 反射型の液晶表示装置 70である。
[0021] 図 6は、透過型液晶パネルを用いる液晶表示装置の実施形態である。図 6に示す ように、本発明に係る導光体 20を照明装置 10とし、これをバックライトとして用いた透 過型の液晶表示装置 70である。
本発明の照明装置 10を用いて、液晶表示装置 70を構成することで、分布が均一 で、輝度も高 、液晶表示装置 70が低コストで提供することが可能となる。
[0022] 本発明の実施形態に示したように、導光体 20の出射面に光の指向性方向に延び るシリンドリカルレンズ 26を当該光の指向性方向と直交方向に連続的に並んで形成 し、かつ、反出射面に導光体に入射した光の指向性方向と直交方向にプリズム 25が 当該光の指向性方向に連続的に並んで形成することで、ノ ックライトまたはフロントラ イトとして用いることが可能となる。
図面の簡単な説明
[0023] [図 1]本発明に係る照明装置の実施形態の一例を示す図である。
[図 2]本発明に係る導光板の一形状を示す図である。
[図 3]図 2に示す導光板を用いた照明装置を示す図である。
[図 4]導光板の入光面にプリズムアレイを形成した図である。
[図 5]反射型液晶パネルを用いる液晶表示装置の実施形態である [図 6]透過型液晶パネルを用いる液晶表示装置の実施形態である。
[図 7]従来の透過型液晶パネルを示す断面図である。
符号の説明
[0024] 10 照明装置
20 導光板
21 LED光源
25 プリズム
26 シリンドリカルレンズアレイ
27 入光面
28 出射面
29 プリズムアレイ
40 反射型液晶パネル
50 透過型液晶パネル
70 液晶表示装置
210、 212、 218、 222、 226 ガラス基板
214、 228 偏向子
220 液晶
224 カラーフィルタ

Claims

請求の範囲
[1] 光源を導光板の入光面に有する照明装置であって、
導光板の外へ光を偏向反射若しくは出射させるプリズムを出射面または反出射面 に形成し、光を配光 ·拡大させるシリンドリカルレンズを他の面に形成した導光板を有 する
ことを特徴とする照明装置。
[2] 請求項 1に記載の照明装置において、
前記シリンドリカルレンズの光の指向性方向に略直交方向の断面は曲線力 なる ことを特徴とする照明装置。
[3] 請求項 2に記載の照明装置において、
前記シリンドリカルレンズの光の指向性方向の断面は、直線の組合せで構成する 曲線形状である
ことを特徴とする照明装置。
[4] 請求項 2または 3に記載の照明装置において、
前記入光面と前記出射面との成す角度が 90度未満である
ことを特徴とする照明装置。
[5] 請求項 2または 3に記載の照明装置において、
前記入光面にプリズムアレイを形成する
ことを特徴とする照明装置。
[6] 請求項 5に記載の照明装置において、
前記プリズムアレイは入光面の薄手方向に稜線を形成する
ことを特徴とする照明装置。
[7] 請求項 2または 3に記載の照明装置において、
前記入光面にシリンドリカルレンズを形成する
ことを特徴とする照明装置。
[8] 請求項 7に記載の照明装置において、
前記シリンドリカルレンズは入光面の薄手方向に稜線を形成する
ことを特徴とする照明装置。
[9] 液晶パネルと、
光源を導光板の入光面に有する照明装置であって、導光板の外へ光を偏向反射 若しくは出射させるプリズムを出射面または反出射面に形成し、光を配光 '拡大させ るシリンドリカルレンズを他の面に形成した導光板を有する照明装置と
からなる
ことを特徴とする液晶表示装置。
[10] 請求項 9に記載の液晶表示装置において、
前記シリンドリカルレンズの光の指向性方向に略直交方向の断面は曲線力 なる ことを特徴とする液晶表示装置。
[11] 請求項 10に記載の液晶表示装置において、
前記シリンドリカルレンズの光の指向性方向に略直交方向の断面は、直線の組合 せで構成する曲線形状である
ことを特徴とする液晶表示装置。
[12] 請求項 10または 11に記載の液晶表示装置にお!、て、
前記入光面と前記出射面との成す角度が 90度未満である
ことを特徴とする液晶表示装置。
[13] 請求項 10または 11に記載の液晶表示装置にお!、て、
前記入光面にプリズムアレイを形成する
ことを特徴とする液晶表示装置。
[14] 請求項 13に記載の液晶表示装置において、
前記プリズムアレイは入光面の薄手方向に稜線を形成する
ことを特徴とする液晶表示装置。
[15] 請求項 10または 11に記載の液晶表示装置にお!、て、
前記入光面にシリンドリカルレンズを形成する
ことを特徴とする液晶表示装置。
[16] 請求項 15に記載の液晶表示装置において、
前記シリンドリカルレンズが入光面の薄手方向に稜線を形成する
ことを特徴とする液晶表示装置。
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