JP2018106835A - 面光源装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】輝度均一性並びにコントラスト比を向上する面光源装置を提供する。【解決手段】面光源装置100は、光出射面から面状に光を出射させるものであって、複数の導光板10a、10b、10c、10d、プリズムシート14、各導光板の一方側面から光を入射させる複数の光源8a、8b,8c、8d、複数の光源を駆動する光源駆動回路19を備える。各導光板は、各々の長さが光出射面から遠いものほど相対的に長くなるように設定されており、光出射面に最も近い第1導光板10aは、光を特定方向へ偏向させる第1光学制御部16aを有し、相対的に遠い第2導光板10bは、導光部と、光を特定方向へ偏向させる第2光学制御部16bを有する。第1光学制御部16aと第2光学制御部16bは、互いに重ならないようにして配列される。各光源8a、8b,8c、8dは、各導光板10a、10b、10c、10dの一方側面に配列された複数の発光素子を有する。【選択図】図1
Description
本発明は、面状に光を射出する発光面を有する面光源装置に関する。
面光源装置の従来例は、例えば特許第4949278号公報(特許文献1)に記載されている。この特許文献1に記載される面状照明装置(面光源装置)は、長さの異なる複数の透明基板を積層配置して階段形状に構成された導光ユニットと、この導光ユニットの各透明基板ごとに配置された光源と、各透明基板の出射面側と反対側に設けられた反射部材を備えており、各透明基板には光源から入射する光を出射面側へ向けるための光路変換手段が設けられている。光路変換手段の具体的構成としては、入射光を屈折、反射または散乱させて光の進行方向を変更させる複数のドーム状の凹部が記載されている。
ところで、特許文献1に記載される面状照明装置では、個別に点消灯可能な発光領域の数を増やすには、複数の導光ユニットを並列に配置した構成を採る必要がある。そのため、組み立て工数が増加してコスト増を招くという点で改良の余地がある。また、複数の導光ユニットを並列配置することから、仮に導光ユニットの間を隙間無く配置することができたとしても導光ユニット同士の間には必ず境界が生じるため、それらの境界が暗線として視認されてしまい、輝度ムラを生じさせるという点でも改良の余地がある。このような輝度ムラは、発光領域の高輝度化に伴ってより顕著になる。
本発明に係る具体的態様は、面光源装置の輝度ムラの抑制並びに組み立て工数の低減を図ることを目的の1つとする。
本発明に係る一態様の面光源装置は、(a)光出射面から面状に光を出射させる面光源装置であって、(b)積層配置される複数の導光板と、(c)前記複数の導光板の上側に配置されるプリズムシートと、(d)前記複数の導光板の各々に対応付けて配置されており、当該各導光板の一方側面から光を入射させる複数の光源と、(e)前記複数の光源を駆動する光源駆動回路を含み、(f)前記複数の導光板は、各々の前記一方側面から他方側面へ向かう第1方向における長さが前記光出射面から遠いものほど相対的に長くなるように設定されており、(g)前記複数の導光板のうち前記光出射面に最も近い第1導光板は、前記一方側面から入射する光を特定方向へ偏向させて当該第1導光板から出射させる第1光学制御部を有しており、(h)前記複数の導光板のうち前記光出射面から相対的に遠い1つ又は複数の第2導光板は、前記一方側面から入射する光を前記第1方向に沿って導く導光部と、当該導光部によって導かれた光を特定方向へ偏向させて当該第2導光板から出射させる第2光学制御部を有しており、(i)前記第1光学制御部及び前記第2光学制御部は、前記複数の導光板の積層方向において互いに重ならないようにして前記第1方向に沿って配列されており、(j)前記複数の光源の各々は、前記複数の導光板の各々の一方側面において前記第1方向と交差する第2方向に沿って配列された複数の発光素子を有する、面光源装置である。
上記構成によれば、面光源装置の輝度ムラの抑制並びに組み立て工数の低減を図ることが可能となる。
図1は、一実施形態の面光源装置の構成を示す模式的な断面図である。図1に示す面光源装置100は、光出射面(発光面)から面状に光を出射させるものであり、4つの光源8a、8b、8c、8d、4つの導光板10a、10b、10c、10d、4つの反射シート12a、12b、12c、12d、プリズムシート14、光源駆動回路19を含んで構成されている。この面光源装置100は、図中上側へ向けて光を射出するものであり、その光出射面が4つの発光領域A01、A02、A03、A04に分割されており、各領域ごとに個別に光を射出可能に構成されている。本実施形態ではプリズムシート14の上面が「光出射面」を構成する。
光源8aは、導光板10aの図中左端側に配置されており、導光板10aの左端側の側面である光入射面へ光を入射させる。光源8bは、導光板10bの図中左端側に配置されており、導光板10bの左端側の側面である光入射面へ光を入射させる。光源8cは、導光板10cの図中左端側に配置されており、導光板10cの左端側の側面である光入射面へ光を入射させる。光源8dは、導光板10dの図中左端側に配置されており、導光板10dの左端側の側面である光入射面へ光を入射させる。本実施形態ではこれらの光源8a〜8dは、LEDなどの発光素子を1つ以上含んで構成された光源であり、光源駆動回路19によって駆動される。
導光板10aは、光源8aから入射する光を導光して所定位置から上面側へ出射させるものである。導光板10bは、光源8bから入射する光を導光して所定位置から上面側へ出射させるものである。導光板10cは、光源8cから入射する光を導光して所定位置から上面側へ出射させるものである。導光板10dは、光源8dから入射する光を導光して所定位置から上面側へ出射させるものである。本実施形態では、各導光板10a〜10dは、フィルム状の導光板であり、積層配置される。このような導光板としては、例えば特開2015−060765号公報などの公知文献に記載されているものを用いることができる。なお、本実施形態では導光板10aが「第1導光板」に対応し、導光板10b〜10dが「第2導光板」に対応する。
導光板10aは、光出射面に最も近い位置に配置されており、その下面側のほぼ全体にわたって配置される光学制御部16aを有している。また、導光板10aの上面側は導光板の出射光を集光する役割(機能)を有する連続または不連続なレンチキュラーパターンが等間隔で全面に形成されていてもよい。そのほぼ全体が平坦面となっている。この導光板10aの光学制御部16aが形成されている範囲が上記した発光領域A01に対応付けられている。
導光板10bは、導光板10aに比べて光出射面から相対的に遠い位置に配置され、かつ、導光板10aに比べて図中右へ向かう方向(一方側面から他方側面へ向かう方向)に沿って相対的に長く設けられており、その一部が導光板10aと図中上下方向において重なり、他の一部は重ならない状態で配置されている。そして、導光板10bは、導光板10aと重ならない部分の下面側のほぼ全体にわたって配置される光学制御部16bを有する。また、導光板10bは、導光板10aと重なる部分においては、下面が平坦面となった導光部23bを有する。導光板10bの上面側は導光板の出射光を集光する役割(機能)を有する連続または不連続なレンチキュラーパターンが等間隔で全面に形成されていてもよい。この導光板10bの光学制御部16bが形成されている範囲が上記した発光領域A02に対応付けられている。
導光板10cは、導光板10a、10bに比べて光出射面から相対的に遠い位置に配置され、かつ導光板10aおよび導光板10bに比べて図中左右方向に沿って相対的に長く設けられており、その一部が導光板10aおよび導光板10bと図中上下方向において重なり、他の一部は重ならない状態で配置されている。そして、導光板10cは、導光板10aおよび導光板10bと重ならない部分の下面側のほぼ全体にわたって配置される光学制御部16cを有する。また、導光板10cは、導光板10aまたは導光板10bと重なる部分においては、下面が平坦面となった導光部23cを有する。導光板10cの上面側は導光板の出射光を集光する役割(機能)を有する連続または不連続なレンチキュラーパターンが等間隔で全面に形成されていてもよい。この導光板10cの光学制御部16cが形成されている範囲が上記した発光領域A03に対応付けられている。
導光板10dは、導光板10a〜10cに比べて光出射面から相対的に遠い位置に配置され、かつ導光板10a〜10cに比べて図中左右方向に沿って相対的に長く設けられており、その一部が導光板10a、導光板10bおよび導光板10cと図中上下方向において重なり、他の一部は重ならない状態で配置されている。そして、導光板10dは、導光板10a、導光板10bおよび導光板10cと重ならない部分の下面側のほぼ全体にわたって配置される光学制御部16dを有する。また、導光板10dは、導光板10aまたは導光板10bまたは導光板10cと重なる部分においては、下面が平坦面となった導光部23dを有する。導光板10dの上面側は導光板の出射光を集光する役割(機能)を有する連続または不連続なレンチキュラーパターンが等間隔で全面に形成されていてもよい。この導光板10dの光学制御部16dが形成されている範囲が上記した発光領域A04に対応付けられている。
なお、本実施形態では光学制御部16aが「第1光学制御部」に対応し、光学制御部16b〜16dが「第2光学制御部」に対応する。
光学制御部16aは、導光板10aの図中下面に設けられている。この光学制御部16aは、光源8aから入射する光を特定方向に偏向させて導光板10aの図中上面側へ出射させるものであり、複数の微小な凹凸によって形成される反射面を有している。導光板10bの下面に設けられた光学制御部16b、導光板10cの下面に設けられた光学制御部16c、導光板10dの下面に設けられた光学制御部16dも同様の構成を有している。図示のように、各光学制御部16a〜16dは、各導光板10a〜10dの積層方向(図中上下方向)において互いに重ならないようにして、図中右へ向かう方向に沿って配列されている。
導光部23aは、導光板10aの上面と下面に挟まれた部分であり、透光性を有する。同様に、導光部23bは、導光板10bの上面と下面に挟まれた部分であり、透光性を有する。導光部23cは、導光板10cの上面と下面に挟まれた部分であり、透光性を有する。導光部23dは、導光板10dの上面と下面に挟まれた部分であり、透光性を有する。各導光部23a〜23dは、各光源8a〜8dから導光板10a〜10dの各一方側面へ入射する光を図中右方向に沿って導いて各光学制御部16a〜16dへ到達させるための導波路として機能する。
反射シート12aは、導光板10aの下面側において、この導光板10aの下面のほぼ全体と平面視で重なるようにして配置されている。同様に、反射シート12bは、導光板10bの下面側において、この導光板10bの下面のほぼ全体と平面視で重なるようにして配置されている。反射シート12cは、導光板10cの下面側において、この導光板10cの下面のほぼ全体と平面視で重なるようにして配置されている。反射シート12dは、導光板10dの下面側において、この導光板10dの下面のほぼ全体と平面視で重なるようにして配置されている。各反射シート12a〜12dと各導光板10a〜10dの各光学制御部16a〜16dとの間には空気層が存在する。
プリズムシート14は、各導光板10a〜10dと対向する一面側に多数のプリズム部を有しており、この一面側に斜め方向から入射する光を他面側の法線方向へ出射させる。
図2は、光学制御部の構成例を示す模式的な断面図である。なお、ここでは光学制御部16aについて例示するが、他の光学制御部16b、16c、16dについても同様の構成である。図示のように、光学制御部16aは、導光板10aの図中下面に突出して設けられた断面三角形状の凸部である複数のプリズム部20aを含んで構成されている。各プリズム部20aは、2つの斜面21a、22aを有する。なお、このような光学制御部16a等としては、例えば特許第5066741号公報などの公知文献に記載されているものを用いることができる。
図3は、光源から出射する光の導光板内部での挙動(伝搬状態)について説明するための図である。ここでは、導光板10bと反射シート12bが部分的に示されており、導光板10bの内部における光路が細線によって模式的に示されている。なお、光源8aから導光板10aに入射する光、光源8cから導光板10cに入射する光、光源8dから導光板10dに入射する光のそれぞれについてもその挙動は同様である。
光源8bから導光板10bに入射した光は、プリズム部20bにおいて反射されることによって導光板10bの上面側へ出射する。また、プリズム部20bを透過した光は、その下側の反射シート12bによって反射されてプリズム部20bへ戻り、導光板10bの上面側へ出射する。これら導光板10bの上面へ出射する光は、乱反射光や拡散光ではなく直進性を持つ光として導光板10bの上面において、この上面の法線方向を基準としてそれと一致しない斜め方向に一定角度で偏向されて出射する。また、導光部23bでは光学制御部16bが存在しないため、この導光部23bに入射した光は導光板10bの内部において全反射を繰り返して伝搬する。
図4は、プリズムシートの構成例を示す模式的な断面図である。図示のようにプリズムシート14は、導光板10a等と対向する一面側(図中下面)に、各々の断面が略三角形であって紙面と直交方向に厚さ方向を有する三角柱状の凸部であるプリズム部30a、30bを複数有している。各プリズム部30a、30bの形状は、図4に示すように∠OABと∠OACと弧ACの半径によって決定される。弧ACのほかに直線もしくはスプライン曲線、放物線等の任意曲線を用いてもよい。各プリズム部30aは、∠OABに対応する斜面31aと、弧ACに対応する斜面32aを有する。各プリズム部30bは、∠OABに対応する斜面31bと、弧ACに対応する斜面32bを有する。
図示のように、各プリズム部30aと各プリズム部30bとは、ある基準位置b(例えばプリズムシート14の図中左右方向における中央)を挟んで左右対称な形状を有する。プリズムシート14の図中左側部分である各プリズム部30aの配置された部分は、上記した発光領域A01、A02に対応付けられている。導光板10a、10bから出射してプリズムシート14の下面へ斜め入射した光は、各プリズム部30aの斜面31aへ入射して屈折し、斜面32aにおいて全反射されて、プリズムシート14の上面の法線方向へ出射する。同様に、プリズムシート14の図中右側部分である各プリズム部30bの配置された部分は、上記した発光領域A03、A04に対応付けられている。導光板10c、10dから出射した光は、各プリズム部30bの斜面31bへ入射して屈折し、斜面32bにおいて全反射されて、プリズムシート14の上面の法線方向へ出射する。なお、このようなプリズムシート14としては、例えば特許第4044511号公報などの公知文献に記載されているものを用いることができる。
図5は、本実施形態の構成を有する面光源装置を想定した光学シミュレーション結果の一例を示す図である。図5(A)は4つの発光領域をすべて発光させた場合の輝度を表した図であり、図5(B)〜図5(E)は、4つの発光領域A01、A02、A03、A04をそれぞれ個別に発光させた場合の輝度を表した図である。各図に示されるように、各発光領域ごとに分割して発光させた場合にも、漏れ光による影響を受けずに発光領域ごとのコントラスト比が良いことが分かる。また、発光領域ごとに導光板を分割する必要がなく、導光板同士の継ぎ目による境界部の輝度むらの問題が生じないため、全発光領域を発光させるとき、または隣り合う発光領域を発光させるときの輝度をより均一にできることが分かる。
上記のように本実施形態の面光源装置100は、発光領域A01、A02、A03、A04のそれぞれ個別に光を放出することができる。すなわち、発光面を各発光領域ごとに分割して発光させることができる。また、各導光板10a等における光の直進性が高いので、光源から出射する光の主たる進行方向に対して略直交する方向に複数の発光領域を設け、複数の光源を用いてそれらの駆動をブロックごとに行うことで、より多くの発光領域を個別に発光させることができる。これを実現する面光源装置の構成例を以下に説明する。
図6は、多くの発光領域を有する面光源装置の構成例を示す模式的な斜視図である。図示の面光源装置100aは、図中上下方向であるy方向に重ねて配置された4つの導光板10a〜10dの図中左側に設けられた一方側面において、図中の奥行き方向であるz方向(左側面の長手方向)に沿って多数配列された発光素子からなる光源8a〜8dを用いる。各導光板10a〜10dの構成は上記と同様であり、また各導光板10a等の下面側にはそれぞれ反射シート12a等が設けられている。また、プリズムシート14については図示を省略しているが実際には導光板10aの上面側に配置される。また、光源駆動回路19も図示を省略しているが各光源8a等に接続されている。
図示の例では、各導光板10a〜10dごとに、それぞれに対応付けられた各光源8a〜8dについてそれぞれ4つずつの発光素子を1ブロックとして各ブロックごとに発光素子を点消灯制御する。また、上記の通りx方向(図中左右方向)については、各ブロックごとに4つの発光領域を個別に発光させることができる。従って、例えば、図中手前のブロックの各光源8a〜8dにおける各々4つずつの発光素子を個別に発光させることで、発光領域A01、A02、A03、A04を個別に発光させることができる。このようなブロックを奥行き方向(z方向)にm列設けているので、発光領域A11、A12、A13、A14、発光領域A21、A22、A23、A24、・・・発光領域Am1、Am2、Am3、Am4を個別に発光させることができる。すなわち、図示の例では4×m個の発光領域を個別に発光させることができる。なお、各ブロックに割り当てる発光素子の数は4つに限られない。例えば、1つとしてもよく、その場合にはさらに細かく分かれた発光領域を設けることができる。
図7は、他の実施形態の面光源装置の構成を示す模式的な断面図である。ここで示す面光源装置100bは、上記した図1に示した面光源装置100と比べ、各導光板10a〜10cの他端側、すなわち各光源8a〜8cの配置されている一端側と対向する他端の側面に遮光部18a〜18cが設けられている点が主に異なっている。なお、図示の例では導光板10dの他端側には遮光部が設けられていないが、遮光部が設けられてもよい。各遮光部18a〜18cは、例えば塗装されるもの若しくは粘着性のものであり、カーボンブラック、黒顔料、黒染料などが挙げられる。各導光板10a等の他端側と各遮光部18a等の間は空気層(屈折率の低い層)を介さずに密着していることが好ましい。
図8は、他の実施形態の構成を有する面光源装置を想定した光学シミュレーション結果の一例を示す図である。図8(A)は4つの発光領域をすべて発光させた場合の輝度を表した図であり、図8(B)〜図8(E)は、4つの発光領域A01、A02、A03、A04をそれぞれ個別に発光させた場合の輝度を表した図である。なお、各図において右側に示される輝度分布は遮光部18a等を設けた場合のものであり、左側に示される輝度分布は遮光部18aを設けない場合のものである。各図に示されるように遮光部18a等を設けることで、導光板10a等の他端側における漏れ光をより低減することが可能になり、各発光領域の境界での光の切れが良くなる。それにより、輝度ムラが改善される。
以上のような各実施形態によれば、輝度均一性並びにコントラスト比を向上させた面光源装置が得られる。
なお、本発明は上記した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。例えば、各光源を構成する発光素子は上記したLEDに限られない。また、導光板の積層数は上記した4つに限定されず、少なくとも2つ以上であればよい。原理上、導光板の積層数を増やすほど発光領域の数を多くすることができる。
100、100a、100b:面光源装置
8a、8b、8c、8d:光源
10a、10b、10c、10d:導光板
12a、12b、12c、12d:反射シート
14:プリズムシート
16a、16b、16c、16d:光学制御部
18a、18b、18c、18d:遮光部
19:光源駆動回路
20a、20b:プリズム部
21a、22a、21b、22b:斜面
23a、23b、23c、23d:導光部
30a、30b:プリズム部
31a、31b、32a、32b:斜面
8a、8b、8c、8d:光源
10a、10b、10c、10d:導光板
12a、12b、12c、12d:反射シート
14:プリズムシート
16a、16b、16c、16d:光学制御部
18a、18b、18c、18d:遮光部
19:光源駆動回路
20a、20b:プリズム部
21a、22a、21b、22b:斜面
23a、23b、23c、23d:導光部
30a、30b:プリズム部
31a、31b、32a、32b:斜面
Claims (7)
- 光出射面から面状に光を出射させる面光源装置であって、
積層配置される複数の導光板と、
前記複数の導光板の上側に配置されるプリズムシートと、
前記複数の導光板の各々に対応付けて配置されており、当該各導光板の一方側面から光を入射させる複数の光源と、
前記複数の光源を駆動する光源駆動回路と、
を含み、
前記複数の導光板は、各々の前記一方側面から他方側面へ向かう第1方向における長さが前記光出射面から遠いものほど相対的に長くなるように設定されており、
前記複数の導光板のうち前記光出射面に最も近い第1導光板は、前記一方側面から入射する光を特定方向へ偏向させて当該第1導光板から出射させる第1光学制御部を有しており、
前記複数の導光板のうち前記光出射面から相対的に遠い1つ又は複数の第2導光板は、前記一方側面から入射する光を前記第1方向に沿って導く導光部と、当該導光部によって導かれた光を特定方向へ偏向させて当該第2導光板から出射させる第2光学制御部を有しており、
前記第1光学制御部及び前記第2光学制御部は、前記複数の導光板の積層方向において互いに重ならないようにして前記第1方向に沿って配列されており、
前記複数の光源の各々は、前記複数の導光板の各々の一方側面において前記第1方向と交差する第2方向に沿って配列された複数の発光素子を有する、
面光源装置。 - 前記光源駆動回路は、前記複数の導光板の各々ごとに、前記複数の発光素子のうち1つ以上の発光素子を含むブロックを設定して当該ブロック毎に当該発光素子を点消灯制御する、
請求項1に記載の面光源装置。 - 前記第1光学制御部及び前記第2光学制御部の各々は、複数のプリズム体を有して構成される、
請求項1又は2に記載の面光源装置。 - 前記第1光学制御部は、前記一方側面から入射する光を前記第1方向とは異なる斜め方向へ偏向させるものであり、
前記第2光学制御部は、当該導光部によって導かれた光を前記第1方向とは異なる斜め方向へ偏向させるものである、
請求項1〜3の何れか1項に記載の面光源装置。 - 前記プリズムシートは、下面に斜め入射する光を上面の法線方向へ出射させる、
請求項1〜4の何れか1項に記載の面光源装置。 - 前記複数の導光板の各々の下側に配置される複数の反射シートを更に備える、
請求項1〜5の何れか1項に記載の面光源装置。 - 前記複数の導光板の各々の前記他方側面に設けられた複数の遮光部を更に備える、
請求項1〜6の何れか1項に記載の面光源装置。
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Cited By (1)
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2016
- 2016-12-22 JP JP2016249528A patent/JP2018106835A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112555769A (zh) * | 2019-09-25 | 2021-03-26 | 松下知识产权经营株式会社 | 照明装置 |
CN112555769B (zh) * | 2019-09-25 | 2024-04-02 | 松下知识产权经营株式会社 | 照明装置 |
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