JP4341010B2 - 面光源装置及び導光部材 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば液晶表示装置等を前面または背面から照明するためのフロントライト装置やバックライト装置として使用される面光源装置と、これに使用される導光部材に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、このような面光源装置は、例えば図8に示すように構成されている。
図8において、面光源装置1は、導光部材2と、反射部材3と、光源4と、から構成されている。
【0003】
上記導光部材2は、透光性材料により構成されており、所定の厚さを有する扁平な直方体状に形成されている。
【0004】
上記反射部材3は、上記導光部材2の下面全体に対向して配置されており、その上面が反射面として構成されている。
これにより、導光部材2の下面から下方に出射した光が反射部材3に入射すると、反射部材3により反射され、再び導光部材2の下面から導光部材2内に入射するようになっている。
【0005】
上記光源4は、例えばLED等の点光源または冷陰極管等の長尺の発光部を備えるように構成されており、上記導光部材2の一側の端面2aに沿って対向するように配置されている。
【0006】
このような構成の面光源装置1によれば、光源4から出射した光のうち、一部が直接に導光部材2の一側の端面2aから導光部材2内に入射する。
そして、導光部材2内に入射した光は、その一部が直接に上面2bから上方に出射し、また他の一部が導光部材2の下面から出射し、反射部材3により反射された後、再び導光部材2内に入射して、上面2bから上方に出射する。
このようにして導光部材2の上面から出射した光は、導光部材2の上方に配置された被照明物(図示せず)を照射する。これにより、被照明物の表面全体がほぼ均一な明るさでバック照明されることになる。
【0007】
さらに、このような面光源装置1においては、導光部材2の上面2bから上方に出射する光を全面に亘ってほぼ均一にするために、導光部材2の上面または下面(図示の場合、下面)に、円形の拡散ドット2cが例えば印刷,エッチング等により形成されている。
ここで、上記拡散ドット2cは、導光部材2の光源側の端面2aから反対側の端面に向かって、徐々に密度が高くなるように、ランダムに配置されている。
そして、この拡散ドット2cに光が入射すると、光が拡散して透過または反射することにより、導光部材2の上面から上方に出射する光が均一な明るさとなるように構成されている。
しかしながら、このような円形の拡散ドット2cを備えた面光源装置1の場合、各拡散ドット2cが円形に形成されていることにより、光源4に対する指向性は生じないものの、光源4からの光を拡散するために最適ではなく、面光源に輝度ムラが生じてしまう。
【0008】
これに対して、より一層均一な面発光を得るために、特許文献1〜3による面光源装置が開示されている。
特許文献1による面光源装置によれば、導光部材に入射する光の指向性分布の輝度バラツキを改善して、均一な面発光を得るために、導光部材の入射光の指向性分布が高過ぎる角度位置に、光を取り出すためのパターンを設けて、当該角度方向の光を外部に導くことにより、指向性分布をより均一にするようにしている。
【0009】
また、特許文献2による面光源装置によれば、光源からの光をより良好に拡散させるために、光源を中心とした扇形状に拡散ドットを配置すると共に、光源から各拡散ドットを見込む角度を、光源から遠い程大きくなるようにしている。
【0010】
さらに、特許文献3による面光源装置によれば、光源からの光をより良好に拡散させるために、拡散ドットの方向を、光源に対してほぼ垂直な方向に整合させるようにしている。
【0011】
【特許文献1】
特開平11−260139号
【特許文献2】
特開平11−250714号
【特許文献3】
国際公開WO98/19105号
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの特許文献1〜3による面光源装置においては、光源を一つの点光源として構成されており、拡散ドットも一つの光源に対応して形成され、配置されている。このため、二つ以上の光源がある場合には、対応することができない。
また、特許文献2及び3による面光源装置においては、拡散ドットが光源を中心とする円周上に配置されていることから、拡散ドットの配置に周期性が生ずることが不可避であり、これによってモアレが発生する等の問題がある。
【0013】
本発明は、以上の点から、簡単な構成により、複数の光源に対して、モアレ等が発生することなく、より均一な面発光を得ることができるようにした面光源装置と、この面光源装置に使用される導光部材を提供することを目的としている。
【0014】
上記目的は、本発明の第一の構成によれば、扁平な透光性材料から成る導光部材と、この導光部材の一側の端面に沿って分散配置された複数個の光源と、を含んでおり、上記導光部材が、上方または下方の光出射面または反対側の面に分散配置された多数の拡散ドットを備えていて、上記拡散ドットの各部分が、互いに連続的に接続され、導光部材の一側から他側に向かって密度が高くなるようにランダムに配置されており、各光源からの光が導光部材の一側の端面から入射し、上記拡散ドットにより拡散されて、光出射面から出射して、被照明物を均一に照明する、面光源装置であって、上記各拡散ドットが、個々の光源に向かってそれぞれ延びる線に対して実質的に垂直な方向に延びた部分を有していることを特徴とする、面光源装置により、達成される。
【0015】
本発明による面光源装置は、好ましくは、上記光源が、少なくとも導光部材の一側の二箇所の角部に配置されている。
【0016】
本発明による面光源装置は、好ましくは、上記拡散ドットの各部分が、比較的大きな曲率半径を備えた湾曲形状を有している。
【0019】
本発明による面光源装置は、好ましくは、上記拡散ドットの各部分が、互いに一部が重なって配置されている。
【0021】
また、上記目的は、本発明の第二の構成によれば、扁平な透光性材料から成り、上方または下方の光出射面または反対側の面に分散配置された多数の拡散ドットを備えており、上記拡散ドットが、その一側から他側に向かって密度が高くなるようにランダムに配置されており、その一側の端面に沿って分散配置された複数個の光源からの光が当該端面から入射することにより、上記拡散ドットにより拡散されて、光出射面から出射して、被照明物を均一に照明するような面光源装置のための導光部材であって、上記各拡散ドットが、個々の光源に向かってそれぞれ延びる線に対して実質的に垂直な方向に延び、互いに光学特性に影響を与えないように形成された部分を有していることを特徴とする、面光源装置のための導光部材により達成される。
【0022】
本発明による面光源装置のための導光部材は、好ましくは、上記拡散ドットの各部分が、比較的大きな曲率半径を備えた湾曲形状を有している。
【0023】
本発明による面光源装置のための導光部材は、好ましくは、上記拡散ドットの各部分が、互いに連続的に接続されている。
【0024】
本発明による面光源装置のための導光部材は、好ましくは、上記拡散ドットの各部分が、互いに分離されている。
【0025】
本発明による面光源装置のための導光部材は、好ましくは、上記拡散ドットの各部分が、互いに一部が重なって配置されている。
【0027】
上記第一の構成によれば、各光源から出射した光が、導光部材の一側の端面から入射して、導光部材の他側に向かって進む。その際、光の一部が直接に光出射面から出射すると共に、他の一部が、導光部材の上面または下面に形成された拡散ドットにより拡散して反射され、導光部材の光出射面から出射して、被照明物を照明する。
【0028】
この場合、拡散ドットが一側から他側に向かって密度が高くなるように配置されていると共に、各拡散ドットが、それぞれ個々の光源に対して横向きに拡る部分を有していることから、各光源からの光が、それぞれ各拡散ドットに対して効率良く入射し、拡散されることになるので、光の利用効率が向上すると共に、拡散効率が上昇して、光出射面から出射する光がより均一になり、ムラのない面発光が得られることになる。
【0029】
上記光源が、少なくとも導光部材の一側の二箇所の角部に配置されている場合には、各光源からの光が、導光部材の一側の端面全体から、導光部材内に入射することになるので、入射光の指向性分布がより一層均一になるので、導光部材の光出射面からの出射光の輝度分布もより均一となり、より一層ムラのない面発光が得られる。
【0030】
上記拡散ドットの各部分が、比較的大きな曲率半径を備えた湾曲形状を有している場合には、上記各部分が、それぞれ対応する光源を中心とする円弧状に形成されることにより、光源からの出射光に対してより多くの領域にて垂直になることから、光源からの光の利用効率,拡散効率がより一層向上することになる。
【0031】
上記拡散ドットの各部分が、互いに連続的に接続されている場合には、各拡散ドット全体がそれぞれより小型に形成されることになる。
【0032】
上記拡散ドットの各部分が、互いに分離されている場合には、個々の部分が容易に形成され得ることになる。
【0033】
上記拡散ドットの各部分が、互いに一部が重なって配置されている場合には、各拡散ドット全体がそれぞれより一層小型に形成されることになる。
【0034】
上記拡散ドットの各部分が、連続するスプライン曲線から形成されている場合には、各部分の接続部が角部を形成しないので、角部による拡散光の輝度ムラが抑制され得ることになる。
【0035】
また、上記第二の構成によれば、この導光部材を使用して、その一側の端面に沿って複数個の光源を分散配置することにより、面光源装置を構成すると、上述した第一の構成の場合と同様にして、各光源から出射した光が、導光部材の一側の端面から入射して、導光部材の他側に向かって進む。その際、光の一部が直接に光出射面から出射すると共に、他の一部が、導光部材の上面または下面に形成された拡散ドットにより拡散して反射され、導光部材の光出射面から出射して、被照明物を照明する。
【0036】
ここで、拡散ドットが一側から他側に向かって密度が高くなるように配置されていると共に、各拡散ドットが、それぞれ個々の光源に対して横向きに拡る部分を有していることから、各光源からの光が、それぞれ各拡散ドットに対して効率良く入射し、拡散されることになるので、光の利用効率が向上すると共に、拡散効率が上昇して、光出射面から出射する光がより均一になり、ムラのない面発光が得られることになる。
【0037】
上記拡散ドットの各部分が、比較的大きな曲率半径を備えた湾曲形状を有している場合には、上記各部分が、それぞれ対応する光源を中心とする円弧状に形成されることにより、光源からの出射光に対してより多くの領域にて垂直になることから、光源からの光の利用効率,拡散効率がより一層向上することになる。
【0038】
上記拡散ドットの各部分が、互いに連続的に接続されている場合には、各拡散ドット全体がそれぞれより小型に形成されることになる。
【0039】
上記拡散ドットの各部分が、互いに分離されている場合には、個々の部分が容易に形成され得ることになる。
【0040】
上記拡散ドットの各部分が、互いに一部が重なって配置されている場合には、各拡散ドット全体がそれぞれより一層小型に形成されることになる。
【0041】
上記拡散ドットの各部分が、連続するスプライン曲線から形成されている場合には、各部分の接続部が角部を形成しないので、角部による拡散光の輝度ムラが抑制され得ることになる。
【0042】
このようにして、本発明によれば、複数個の光源から導光部材の一側の端面に入射する光を、導光部材の上方または下方の光出射面または反対側の面に形成された拡散ドットにより拡散して反射することにより、導光部材の光出射面全体からほぼ均一な光が照射されることになる。
そして、上記拡散ドットが、個々の光源に向かってそれぞれ延びる線に対して実質的に垂直な方向に延び、互いに光学特性に影響を与えないように形成された部分を有していることにより、各光源からの光が、それぞれ各拡散ドットに対して効率良く入射し、拡散されることになるので、光の利用効率が向上すると共に、拡散効率が上昇して、光出射面から出射する光がより均一になり、ムラのない面発光が得られることになる。
【0043】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好適な実施形態を図1乃至図7を参照しながら、詳細に説明する。
尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【0044】
図1は、本発明による導光部材を備えた面光源装置の一実施形態の構成を示している。
図1において、面光源装置10は、バック照明用の光源装置であって、導光部材11と、反射部材12と、複数個(図示の場合、3個)の光源13と、から構成されている。
【0045】
導光部材11は、透光性材料により構成されており、図8に示した従来の面光源装置1における導光部材2と同様に、所定の厚さで、扁平な直方体状に形成されている。
さらに、導光部材11は、その一側の端面11aが光源からの光が入射する光入射面として構成されていると共に、その上面または下面(図示の場合、下面)に、図2に示すように、光を拡散する拡散ドット14が例えば印刷,エッチング等により形成されている。
ここで、上記拡散ドット14は、導光部材11の下面において、導光部材11の光源側の端面11aから反対側の端面11bに向かって、徐々に密度が高くなるように、ランダムに配置されている。
【0046】
上記反射部材12は、上記導光部材11の下面全体に対向して配置されていると共に、導光部材11の一側の端面11aから後述する光源13を越えて、その下側に延び、さらに光源13の反対側にて上方に立ち上がって光源13を包囲するように形成されており、その内面が反射面として形成されている。
これにより、導光部材11の下面から下方に出射した光が、反射部材12により反射されて、再び導光部材11内に戻ると共に、光源13から導光部材11とは反対側に出射した光が、反射部材12の立上り部12aにより反射されて、導光部材11の一側の端面11aから入射するようになっている。
【0047】
上記各光源13は、例えばLED等の点光源から構成されており、上記導光部材11の一側の端面11aに沿って対向するように所定間隔に並んで分散配置されている。
【0048】
以上の構成は、図8に示した従来の面光源装置1とほぼ同様の構成であるが、本発明実施形態による面光源装置10においては、以下の点で異なる構成になっている。
即ち、面光源装置10においては、上記導光部材12の上面または下面に形成された各拡散ドット14が、個々の光源13に対してそれぞれ最適な拡散面を備えるように、より詳細には図3及び図4に示すように、三つの光源13a,13b,13cに対して、それぞれ実質的に垂直な方向、即ち横方向に延び、互いに光学的に影響を与えないように形成された部分14a,14b,14cを有している。
【0049】
上記拡散ドット14の第一の部分14aは第一の光源13aに対応しており、第二の部分14bは第二の光源13bに対応すると共に、第三の部分14cは第三の光源13cに対応している。
そして、上記各部分14a,14b,14cは、実際には細長い長方形に形成されているが、図4においては、それぞれ線分O1 O2 ,O2 O3 ,O3 O4 により図式化されている。
【0050】
ここで、上記拡散ドット14の中心座標、即ち中央の部分14bの中心座標を(Xg ,Yg )とし、各光源13a,13b,13cの位置を(Lx0 ,Ly0),(Lx1 ,Ly1 ),(Lx2 ,Ly2 )とし、さらに上記中心座標に対する各光源13a,13b,13cの角度をそれぞれα0 ,α1 ,α2 とすると、上記中央の部分14b(線分O2 O3 )の両端の点O2 ,O3 の座標は、部分14bの長さをlengthとして、
【数1】
Figure 0004341010
【数2】
Figure 0004341010
で与えられ、さらに点O2 ,O3 の座標から、拡散ドット14の両端の点即ち点O1 ,O4 の座標は、各部分14a,14cの長さをぞれぞれlength1 ,length2 として、
【数3】
Figure 0004341010
【数4】
Figure 0004341010
で与えられることになる。
そして、このような構成の拡散ドット14が、導光部材11の下面全体に亘って、前述したように導光部材11の一側11aから他側11bに向かって密度が高くなるようにランダムに配置されている。
【0051】
図5及び図6は、このような拡散ドット14の配置状態をシミュレーションした結果を示している。
図5(A)における導光部材11の一側11aの片隅の領域R1と、導光部材11のx方向に関して左側及び中央にて、y方向に関して一側付近,中央付近及び他側付近の各領域R2乃至R7について、前述した数式(1)乃至(4)に基づいて各拡散ドット14の配置のシミュレーションにより、領域R1については、部5(B)に示すように、また他の領域R2乃至R7については、それぞれ図6(A)乃至(F)に示すような配置が得られた。
【0052】
本発明実施形態による面光源装置10は、以上のように構成されており、光源13の各点光源13a,13b,13cからそれぞれ出射した光は、導光部材11の一側の端面11aから導光部材11内に入射する。
そして、導光部材11内に入射した光は、導光部材11の内部に沿って他側11bに向かって進む。その際、光の一部が、導光部材11の下面に形成された拡散ドット14に入射し、拡散されると共に、導光部材11の下方の反射部材13により反射され、再び導光部材11内に入射した後、導光部材11の上面から上方に向かって、出射する。
【0053】
このようにして、導光部材11の上面から上方に向かって出射する光は、拡散ドット14により拡散して反射されることにより、全体として均一に上方に向かって進むことになり、導光部材11の上方に配置された面状の被照明物(図示せず)を照射する。これにより、被照明物の表面全体がほぼ均一な明るさで照明されることになる。
【0054】
この場合、各拡散ドット14は、それぞれ第一の点光源13a,第二の点光源13b及び第三の点光源13cに対してほぼ垂直な部分14a,14b,14cを有していることから、各点光源13a,13b,13cからの光が効率良く入射して拡散されることになり、光の利用効率及び拡散効率が向上するので、導光部材11の上面全体から均一な光が照射されることになる。
また、各拡散ドット14がランダムに配置されていることにより、被照明物としての液晶表示装置やさらに光学的作用を付与するためのプリズムシートが導光部材11の光出射面に対向してが配置される場合に、これらと干渉するようなことはない。
【0055】
図7は、上述した面光源装置10における拡散ドット14の変形例を示している。
まず、図7(A)においては、拡散ドット14は、中央の部分14bが、幅方向に関して膨らんで、紡錘形状に形成されている。
また、図7(B)においては、拡散ドット14は、各部分14a,14b及び14cの長さ及び幅が互いに異なるように形成されている。
さらに、図7(C)においては、拡散ドット14は、中央の部分14bが、光源13bに向かって凹状の円弧状に形成されている。
【0056】
図7(D)においては、拡散ドット14は、図4に示した場合と比較して、各部14a,14b及び14cの配置順が逆になっている。
図7(E)においては、拡散ドット14は、各部分14a,14b,14cが、互いにその一側が同じ位置に重なって配置されている。
最後に、図7(F)においては、拡散ドット14は、各部分14a,14b,14cが、互いに連続的なスプライン曲線により形成されている。
【0057】
このようにして、各拡散ドット14は、互いに光学的な影響を与えない限り、上記線分O1 O2 ,O2 O3 ,O3 O4 を基礎として、微小なずれが許されることにより、種々に変形され得る。
特に、最後に示した図7(F)のスプライン曲線により連続的に形成された各部分14a,14b及び14cから成る拡散ドット14の場合には、拡散ドット14を構成する各部14a,14b,14cが不連続な角部を構成しないので、角部による拡散光の輝度ムラの発生が抑制され得ることになる。
【0058】
上述した実施形態においては、上記導光部材11は、所定の厚さの扁平な直方体状に形成されているが、これに限らず、一側の端面11aから反対側に向かって徐々に薄くなるように、断面が楔形状に形成されていてもよい。
また、上述した実施形態においては、導光部材11の下面に拡散ドット14が形成されているが、これに限らず、導光部材11の上面に、あるいは下面及び上面に拡散ドット14が形成されていてもよい。
【0059】
さらに、上述した実施形態においては、光源13として点光源が使用されているが、これに限らず、導光部材11の一側の端面11aに対して、発光部がその長手方向に分散配置された断続的な光源や、長手方向に関して短い光源であってもよいことは明らかである。
【0060】
上述した実施形態においては、導光部材11の下方に反射部材12が配置されているが、これに限らず、反射部材12は省略されてもよい。
さらに、上述した実施形態においては、面光源装置10は、バック照明用の光源装置として構成されているが、フロント照明用の光源装置として構成されていてもよい。
【0061】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、拡散ドットが一側から他側に向かって密度が高くなるように配置されていると共に、各拡散ドットが、それぞれ個々の光源に対して横向きに拡る部分を有していることから、各光源からの光が、それぞれ各拡散ドットに対して効率良く入射し、拡散されることになるので、光の利用効率が向上すると共に、拡散効率が上昇して、光出射面から出射する光がより均一になり、ムラのない面発光が得られることになる。
このようにして、本発明によれば、簡単な構成により、複数の光源に対して、モアレ等が発生することなく、より均一な面発光を得ることができるようにした面光源装置と、この面光源装置に使用される導光部材が提供され得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による面光源装置の一実施形態の構成を示す(A)平面図及び(B)側面図である。
【図2】図1の面光源装置における拡散ドットの配置を示す概略平面図である。
【図3】図1の面光源装置における一つの拡散ドットの位置座標を示す平面図である。
【図4】図3に示した拡散ドットの詳細を示す拡大平面図である。
【図5】図3及び図4に示した拡散ドットのシミュレーションにおける(A)領域R1乃至R7を示す概略平面図及び(B)領域R1における拡散ドットのシミュレーションによる配置を示す拡大平面図である。
【図6】図5(A)の各領域R2乃至R7における拡散ドットのシミュレーションによる配置を示す拡大平面図である。
【図7】図4に示した拡散ドットの変形例を示す拡大平面図である。
【図8】従来の面光源装置の一例の構成を示す概略断面図である。
【符号の説明】
10 面光源装置
11 導光部材
11a 一側の端面
11b 他側の端面
12 反射部材
13,13a,13b,13c 光源
14 拡散ドット
14a,14b,14c 部分

Claims (9)

  1. 扁平な透光性材料から成る導光部材と、この導光部材の一側の端面に沿って分散配置された複数個の光源と、を含んでおり、上記導光部材が、上方または下方の光出射面または反対側の面に分散配置された多数の拡散ドットを備えていて、上記拡散ドットの各部分が、互いに連続的に接続され、導光部材の一側から他側に向かって密度が高くなるようにランダムに配置されており、各光源からの光が導光部材の一側の端面から入射し、上記拡散ドットにより拡散されて、光出射面から出射して、被照明物を均一に照明する、面光源装置であって、上記各拡散ドットが、個々の光源に向かってそれぞれ延びる線に対して実質的に垂直な方向に延びた部分を有していることを特徴とする、面光源装置。
  2. 上記光源が、少なくとも導光部材の一側の二箇所の角部に配置されていることを特徴とする、請求項1に記載の面光源装置。
  3. 上記拡散ドットの各部分が、比較的大きな曲率半径を備えた湾曲形状を有していることを特徴とする、請求項1または2に記載の面光源装置。
  4. 上記拡散ドットの各部分が、互いに一部が重なって配置されていることを特徴とする、請求項1から3の何れかに記載の面光源装置。
  5. 扁平な透光性材料から成り、上方または下方の光出射面または反対側の面に分散配置された多数の拡散ドットを備えており、上記拡散ドットが、その一側から他側に向かって密度が高くなるようにランダムに配置されており、その一側の端面に沿って分散配置された複数個の光源からの光が当該端面から入射することにより、上記拡散ドットにより拡散されて、光出射面から出射して、被照明物を均一に照明するような面光源装置のための導光部材であって、
    上記各拡散ドットが、個々の光源に向かってそれぞれ延びる線に対して実質的に垂直な方向に延び、互いに光学特性に影響を与えないように形成された部分を有していることを特徴とする、面光源装置のための導光部材。
  6. 上記拡散ドットの各部分が、比較的大きな曲率半径を備えた湾曲形状を有していることを特徴とする、請求項5に記載の面光源装置のための導光部材。
  7. 上記拡散ドットの各部分が、互いに連続的に接続されていることを特徴とする、請求項5または6に記載の面光源装置のための導光部材。
  8. 上記拡散ドットの各部分が、互いに分離されていることを特徴とする、請求項5または6に記載の面光源装置のための導光部材。
  9. 上記拡散ドットの各部分が、互いに一部が重なって配置されていることを特徴とする、請求項5または6に記載の面光源装置のための導光部材。
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