(57)【要約】【課題】光源と光均一素子の距離が近くなる構成、または光源の間隔が拡がった構成において、複数の光源からの入射光を均一にして射出されることでランプイメージを消すことが可能な光均一素子及びこれを用いたバックライトユニット並びにディスプレイ装置を提供する。【解決手段】樹脂に光散乱粒子が分散混入されてなる光拡散層２６の光入射面に光伝搬層２３と光偏向要素２８を設けた構造を有する光均一素子において、光拡散層２６は光散乱粒子として平均粒径１〜６μｍの非球形状粒子を含有する第１樹脂層２６Ａと、光散乱粒子として平均粒径１〜６μｍの真球形状粒子を含有する第２樹脂層２６Ｂとの少なくとも２層からなり、非球形粒子と樹脂との屈折率差が０．１〜０．１８であり、真球形状粒子と樹脂との屈折率差が０．１〜０．１８である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂に光散乱粒子が分散混入されてなる光拡散層と、
前記光拡散層の光入射面に、光射出面を合わせて設けられた光伝搬層と、
前記光伝搬層の光入射面に設けられた光偏向要素を有し、
光が前記光偏向要素、前記光伝搬層及び前記光拡散層を透過して前記光拡散層の光射出面から射出する際に前記光射出面に対向して平行する面上の輝度を均一にする光均一素子であって、
前記光拡散層は、前記光散乱粒子として平均粒径１μｍ以上６μｍ以下の非球形状粒子を含有する第１樹脂層と、前記光散乱粒子として平均粒径１μｍ以上６μｍ以下の真球形状粒子を含有する第２樹脂層との少なくとも２層からなり、
前記非球形粒子と前記樹脂との屈折率差が０．１以下以上０．１８以下であり、前記真球形状粒子と前記樹脂との屈折率差が０．１以上０．１８以下である、
ことを特徴とする光均一素子。
【請求項２】
前記第１樹脂層における前記非球形状粒子の混入量が１以上３５以下の重量％であり、前記第２樹脂層における前記真球形状粒子の混入量が１以上３５以下の重量％であることを特徴とする請求項１に記載の光均一素子。
【請求項３】
前記光偏向要素は、凸状または凹状の弧状表面、または、稜線からなる第一頂部と前記第一頂部から前記光伝搬層の光入射面に至る第一傾斜部とを有する単位レンズを前記光伝搬層の光入射面に一定のピッチで配列することで構成され、前記光伝搬層の屈折率をｎとし、前記単位レンズのピッチをＰとし、前記第一傾斜部が前記光伝搬層に接合する接合点における前記第一傾斜部への接線が、前記光伝搬層の光入射面となす角をθとした場合、前記光伝搬層の厚さＴが下記の数１を満たすことを特徴とする請求項１または２記載の光均一素子。
【数１】
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【請求項４】
前記単位レンズは、前記第一頂部と前記第一傾斜部が湾曲してなる第一湾曲傾斜部を有し、前記第一湾曲傾斜部の各点における接線と、前記光伝搬層の光入射面側となす角が、２０度以上９０度以下の範囲で連続して変化していることを特徴とする請求項３記載の光均一素子。
【請求項５】
前記単位レンズの頂部が稜線を有することを特徴とする請求項３または４に記載の光均一素子。
【請求項６】
前記光拡散層の全光線透過率が１０％以上６０％以下で、ヘイズ値が９５％以上であり、前記伝搬層は全光線透過率が８０％以上で、ヘイズ値が９５％以下であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の光均一素子。
【請求項７】
前記拡散層の光射出面に微細な凹凸が設けられたことを特徴とする請求項１乃至６に何れか１項記載の光均一素子。
【請求項８】
前記拡散層の光射出面に光拡散レンズが設けられたことを特徴とする請求項１乃至７に何れか１項記載の光均一素子。
【請求項９】
前記拡散層の光射出面が平坦であることを特徴とする請求項１乃至６に何れか１項記載の光均一素子。
【請求項１０】
前記光偏向要素と前記光伝播層及び前記光拡散層が多層押出法により一体成形されていることを特徴とする請求項１乃至９に何れか１項記載の光均一素子。
【請求項１１】
前記光拡散層と前記光伝搬層とが多層押出法により一体成形され、シート状に成形された光偏向要素が前記光伝搬層に固定層を介して積層されていることを特徴とする請求項１乃至１０に何れか１項記載の光均一素子。
【請求項１２】
前記光拡散層の光射出面に光学フィルムが設けられ、
前記光学フィルムは、光透過基材と、前記光透過基材上に一定のピッチで複数配列された集光レンズとから構成され、前記集光レンズの形状が凸曲面形状でかつ弧状表面を有する第二頂部と、前記第二頂部から前記光透過基材へ至る前記第二傾斜部とを有し、前記集光レンズを横断視した場合の断面積が前記光透過基材から前記第二頂部に行くに従い減少するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至１１に何れか１項記載の光均一素子。
【請求項１３】
光源と、
請求項１から１２の何れか１項に記載の光均一素子を備える、
ことを特徴とするバックライトユニット。
【請求項１４】
光源と、
光を集光、拡散、反射、偏光させる何れかの機能または前記複数の機能を有する光学部材と、
請求項１から１２の何れか１項に記載の光均一素子を備える、
ことを特徴とするバックライトユニット。
【請求項１５】
画素単位で光を透過／遮光して画像を表示する画像表示素子と、
請求項１３または１４に記載のバックライトユニットを備える、
ことを特徴とするディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示光学系用の光デバイスなどの光路制御に用いられる光均一素子及びこれを用いたバックライトユニット並びにディスプレイ装置に関し、特に光が光拡散層の光射出面から射出する際に光射出面に対向して平行する面上の輝度を均一にする光均一素子の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶パネルを利用した液晶表示装置が、携帯電話や個人用携帯情報端末、パーソナルコンピュータ用ディスプレイの画像表示手段だけでなく、家電製品としてのテレビにも幅広く普及してきている現状において、これまでのカソード・レイ・チューブ（ＣＲＴ）テレビでは困難であった大型面対応の情報家電の画像表示装置としても一般家庭に広まってきている。さらには、液晶表示装置の利点をより活用させるために、大型化だけでなく、高輝度化、薄型・軽量化に対応した製品も非常に早いスピードで市場に供給されている。
【０００３】
このような液晶表示装置では、装置内部に光源を内蔵していることが多く、画像を表示するために必要な明るさを得るために、液晶パネルの背面側に光源を含めたバックライトユニットを配置している。このバックライトユニットに採用されている光源としては、大別して冷陰極管等の光源ランプを、光透過性に優れたアクリル樹脂等からなる平板状の導光板内で多重反射させる「導光板ライトガイド方式」（いわゆる、エッジライト方式）と、画像表示素子とこの光源との間に光散乱性の強い拡散板及び光学フィルムを配置して、冷陰極管やＬＥＤなどが直接視認されない構成を有する「直下型方式」があり、特に直下型方式は導光板の利用が困難な大型の液晶ディスプレイなどの表示装置に用いられている。
【０００４】
光源である冷陰極管から射出される光は、冷陰極管の直上が最も明るく、冷陰極管と冷陰極管の中間が最も暗くなっている。直下型方式に使用される拡散板は、この光源の明暗である輝度ムラ（ランプイメージ）を低減させることを主な目的としていることから、光を散乱させる微細な材料が含まれており、使用する目的に合わせて様々な拡散板が開発させている。また、拡散板は、その上に配置される光学フィルムを支持する役割を担うことから、通常１〜３ｍｍ程度の厚さが必要とされている。さらに、液晶表示装置は年々薄型化が進んでいく傾向があり、これを構成する拡散板も薄型化が要求されつつあると同時に、更なる拡散性の向上が求められてきている。
また、近年の液晶表示装置としては、地球環境問題対策の一環である、消費エネルギーを低減させることを目的とする消費電力抑制が大きな課題となってきている。液晶表示装置においては、光源となるバックライトの消費電力が最も大きく、このバックライトの消費電力を抑制する取り組みが幅広い分野で行われてきている。
【０００５】
この一つの取り組みとして、光源である冷陰極管の本数を低減させて消費電力を低く抑える試みが行われており、その消費電力低減の効果は社会に広く認められつつある。しかしながら、冷陰極管の本数を減らすことは光源の明暗である輝度ムラ（ランプイメージ）を強めることになり、これまでの拡散板及び光学フィルムの組合せでは完全にランプイメージを消すことは困難となってきている。ランプイメージを消すために、拡散板内部に拡散粒子を増やした場合は、拡散板の全光線透過率を下げることになり、画像表示に必要な輝度を得ることができなくなる。この場合、光源である冷陰極管からの光を強くすることで必要とされる輝度は得られるが、光を強くすることは消費電力低減の効果が大幅に低下につながるといった問題が発生する。
【０００６】
上記の拡散板においては、光を透過させると同時に、光を散乱させてランプのイメージが視認されるのを防ぐような高透過・高拡散機能が要求されており、この機能を満たすために、光散乱微粒子の種類や粒径、配合量を調整した取り組みが行われている。上記の光散乱粒子においては、光散乱粒子として真球状粒子を使用した拡散板の場合、視野角が拡がるという特性を示すことは確認されているが、光源のランプイメージの明るい部位のみが広がる状態が視認されるため、広く明るい部分と狭く暗い部分とのコントラストが強くなり、輝度ムラが強く生じるという結果になる。この輝度ムラを抑制するために、明暗の差が視認され難くなるように光透過性を落とすことが考えられるが、結果として正面輝度が低下して、必要とされる輝度が十分に得られないという問題があった。
【０００７】
特許文献１〜３には、拡散性能を向上させる手段として、拡散板の光射出面にレンズ形状を賦形した例が開示されている。一例として、拡散板の上に凸型曲面を有するレンズが配置されている。このような拡散板では、光源の配置に合わせてレンズの形状を設計し、レンズのアライメントを決定することが必要となる場合があり、製造工程が煩雑化することが生じる。また、拡散板の光射出面にレンズ形状を成形することにより、拡散板の全光線透過率が低下して、画面表示に必要な輝度を得ることが難しくなることもある。さらに、拡散板の上に配置したレンズシートと液晶画素とのモアレ干渉縞が生じる問題も考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−１０３３２１号公報
【特許文献２】特開２００７−１２５１７号公報
【特許文献３】特開２００６−１９５２７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記問題を鑑みてなされたものであり、複数の光源からの入射光を均一にして射出させることでランプイメージを低減／消滅させることが可能であり、光源と光均一素子との距離が近づいた場合、または光源の間隔が拡がった場合に対応が可能である光均一素子を提供することを目的とする。さらに、前記光均一素子から射出された光を効率良く観察者側へと射出させて輝度を向上させる役割を担う光学フィルムを、光均一素子の観測者側である光射出面に積層させた構成の光均一素子及び、この光均一素子を備えたバックライトユニット並びにディスプレイ装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために請求項１の発明は、樹脂に光散乱粒子が分散混入されてなる光拡散層と、前記光拡散層の光入射面に、光射出面を合わせて設けられた光伝搬層と、前記光伝搬層の光入射面に設けられた光偏向要素を有し、光が前記光偏向要素、前記光伝搬層及び前記光拡散層を透過して前記光拡散層の光射出面から射出する際に前記光射出面に対向して平行する面上の輝度を均一にする光均一素子であって、前記光拡散層は、前記光散乱粒子として平均粒径１μｍ乃至６μｍの非球形状粒子を含有する第１樹脂層と、前記光散乱粒子として平均粒径１μｍ乃至６μｍの真球形状粒子を含有する第２樹脂層との少なくとも２層からなり、前記非球形粒子と前記樹脂との屈折率差が０．１以下以上０．１８以下であり、前記真球形状粒子と前記樹脂との屈折率差が０．１以上０．１８以下であることを特徴とする。
よって、本発明によれば、光拡散粒子である非球形状粒子と真球形状粒子の平均粒子径、及び樹脂との屈折率差を最適化させることにより、光の透過率を維持しながら光を効果的に拡散させることができ、結果的に輝度を保持すると同時に光源の輝度ムラを消すことができる。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１に記載の光均一素子において、前記第１樹脂層における前記非球形状粒子の混入量が１以上３５以下の重量％であり、前記第２樹脂層における前記真球形状粒子の混入量が１以上３５以下の重量％であることを特徴とする。
よって、本発明によれば、光拡散性に寄与する前記非球形状粒子と前記真球形状粒子の混入量を最適な範囲に設定することにより、光の拡散性を向上させることが可能となる。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１または２記載の光均一素子において、前記光偏向要素は、凸状または凹状の弧状表面または稜線からなる第一頂部と前記第一頂部から前記光拡散層の光入射面と反対の面である前記光伝搬層の光入射面に至る第一傾斜部とを有する単位レンズを前記光伝搬層の光入射面に一定のピッチで配列することで構成され、前記光伝搬層の屈折率をｎとし、前記単位レンズのピッチをＰとし、前記第一傾斜面が前記光伝搬層に接合する接合点における前記第一傾斜面への接線が、前記光伝搬層の光入射面となす角をθとしたとき、前記光伝搬層の厚さＴが下記の数１を満たすことを特徴とする。
よって、本発明によれば、光偏向要素の形状を最適な範囲に設定することで、光源のランプイメージの明暗差を低減させることが可能となる。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れか１項に記載の光均一素子において、前記単位レンズは、前記第一頂部と前記第一傾斜部が湾曲してなる第一湾曲傾斜部を有し、前記第一湾曲傾斜部の各点における接線と、前記光伝搬層の光入射面側となす角が、２０度以上９０度以下の範囲で連続して変化していることを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項４に記載の光均一素子において、前記単位レンズの頂部が稜線を有することを特徴とする。
よって、本発明によれば、光偏向要素の形状を最適な範囲に設定することで、光源のランプイメージの明暗差を低減させることが可能となる。
【００１４】
請求項６の発明は、請求項１乃至５の何れか１項に記載の光均一素子において、前記光拡散層の全光線透過率が１０％乃至６０％で、ヘイズ値が９５％以上であり、前記伝搬層は全光線透過率が８０％以上で、ヘイズ値が９５％以下であることを特徴とする。
よって、本発明によれば、光拡散層と光伝播層の全光線透過率、及びヘイズ値を最適な範囲に設定することで、光源のランプイメージの明暗差を低減させることが可能となる。
【００１５】
請求項７の発明は、請求項１乃至６の何れか１項に記載の光均一素子において、前記拡散層の光射出面に微細な凹凸が設けられたことを特徴とする。
よって、本発明によれば、光拡散層の射出面側に微細な凹凸を設けることで、より光を拡散させることができるようになり、光源のランプイメージの明暗差を低減させることが可能となる。
【００１６】
請求項８の発明は、請求項１乃至７の何れか１項に記載の光均一素子において、前記拡散層の光射出面に光拡散レンズが設けられたことを特徴とする。
よって、本発明によれば、光拡散層の射出面側に微細な凹凸を設けることで、より光を拡散させることができるようになり、光源のランプイメージの明暗差を低減させることが可能となる。
【００１７】
請求項９の発明は、請求項１乃至８の何れか１項に記載の光均一素子において、前記拡散層の光射出面が略平坦であることを特徴とする。
よって、本発明によれば、光拡散層の光射出面側が略平坦である場合、この射出面側に光を集光、拡散、反射、偏光、等の機能を有する光学部材を貼り合わせることが容易になる。
【００１８】
請求項１０の発明は、請求項１乃至９の何れか１項に記載の光均一素子において、前記光偏向要素と前記光伝播層及び前記光拡散層が多層押出法により一体成形されていることを特徴とする。
請求項１１の発明は、請求項１乃至１０の何れか１項に記載の光均一素子において、前記光拡散層と前記光伝搬層とが多層押出法により一体成形され、シート状に成形された光偏向要素が光伝搬層と固定層により積層されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項１２の発明は、請求項１乃至１１に何れか1項記載の光均一素子において、前記光拡散層の光射出面に光学フィルムが設けられ、前記光学フィルムは、光透過基材と、前記光透過基材上に一定のピッチで複数配列された集光レンズとから構成され、前記集光レンズの形状が凸曲面形状でかつ弧状表面を有する第二頂部と、前記第二頂部から前記光透過基材へ至る前記第二傾斜部とを有し、前記集光レンズを横断視した場合の断面積が前記光透過基材から前記第二頂部に行くに従い減少するように構成されていることを特徴とする。
【００２０】
請求項１３の発明は、バックライトユニットであって、光源と、請求項１から１２の何れか１項に記載の光均一素子を少なくとも備えることを特徴とする。
【００２１】
請求項１４の発明は、バックライトユニットであって、光源と、光を集光、拡散、反射、偏光させる何れかの機能または前記複数の機能を有する光学部材と、請求項１から１２の何れか１項に記載の光均一素子を少なくとも備えることを特徴とする。
【００２２】
請求項１５の発明は、ディスプレイ装置であって、画素単位で光を透過／遮光して画像を表示する画像表示素子と、請求項１３または１４に記載のバックライトユニットを少なくとも備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、光散乱粒子として利用する非球形状粒子と真球形状粒子の平均粒子径、及び樹脂との屈折率差を最適化させることにより、光の透過率を維持しながら光を効果的に拡散させることができ、光源と拡散板の距離が近づいた構成、または光源の間隔が拡がった仕様の構成に対しても、画面表示側に輝度ムラのない均一な光を観測者側に射出することが可能である光均一素子を提供することができる。また、光均一素子と輝度を向上させる等の機能を有する光学部材とを組合せることで、光を効率良く液晶表示画像を観察者側方向へと射出させることが可能なバックライトユニットおよびディスプレイ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明かかる光均一素子及びバックライトユニットを具備するディスプレイ装置の一例を示す断面模式図である。
【図２】（ａ）は本発明の実施の形態である光均一素子の断面模式図であり、（ｂ）は数式１を説明する図であり、（ｃ）は数式２を説明する図である。
【図３】（ａ）は本実施の形態における光偏向要素のレンズ形状の一例を示す図であり、（ｂ）は本実施の形態における光偏向要素のレンズ形状の一例を示す図であり、（ｃ）は本実施の形態における光偏向要素のレンズ形状の一例を示す図である、（ｄ）は本実施の形態における光偏向要素のレンズ形状の一例を示す図であり、（ｅ）は本実施の形態における光偏向要素のレンズ形状の一例を示す図であり、（ｆ）は本実施の形態における光偏向要素のレンズ形状の一例を示す図である。
【図４】（ａ）は本実施の形態における光偏向要素のレンズ形状の一例を示す図であり、（ｂ）は本実施形態における光偏向要素のレンズ形状の一例を示す図であり、（ｃ）は本実施の形態における光偏向要素の第一頂部に光拡散／反射層を形成した一例を示す図であり、（ｄ）は本実施の形態における光偏向要素の凹部に光拡散／反射層を形成した一例を示す図である。
【図５】（ａ）は本実施の形態における光偏向要素が凹レンズの場合の数式１を説明する図であり、（ｂ）は本実施の形態における光偏向要素が凹レンズの場合の数式２を説明する図である。
【図６】（ａ）は本実施の形態における光偏向要素のレンズ高さ・ピッチが一定でない場合を説明する図である、（ｂ）は本実施の形態における光偏向要素のレンズ高さ一定でない場合を説明する図である、（ｃ）は本実施の形態における光偏向要素のレンズ高さ・ピッチが一定である場合を説明する図である。
【図７】本実施の形態における光偏向要素を光源とアライメントする際の一例を示す図である。
【図８】（ａ）は本実施の形態における光均一素子を一体成形した場合の形態を示す図であり、（ｂ）は本実施の形態における光偏向要素をシート状に成形した場合の形態を示す図である。
【図９】（ａ）は本実施の形態における光伝搬層が多層構造である場合の光線を説明する図であり、（ｂ）は本実施の形態における光伝搬層が多層構造である場合の光線を説明する図である。
【図１０】（ａ）は本実施の形態における光均一素子の射出面に凹凸が賦形された効果を説明する図であり、（ｂ）は本実施の形態における光均一素子の射出面が平坦である場合を説明する図である。
【図１１】（ａ）は本実施の形態における光拡散レンズのレンズ形状の一例を示す図であり、（ｂ）は本実施形態における光拡散レンズのレンズ形状の一例を示す図であり、（ｃ）は本実施の形態における光拡散レンズのレンズ形状の一例を示す図であり、（ｄ）は本実施の形態における光拡散レンズのレンズ形状の一例を示す図であり、（ｅ）は本実施の形態における光拡散レンズのレンズ形状の一例を示す図である。
【図１２】（ａ）は本実施の形態における異方散乱性を有する第１樹脂層を通過する光の輝度分布図であり、（ｂ）は本実施の形態における等方散乱性を有する第２樹脂層を通過する光の輝度分布図である。
【図１３】本発明の実施例と比較例における光均一素子の仕様を示す図である。
【図１４】本発明の実施例と比較例の評価結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について図１乃至図１２を参照して詳細に説明する。なお、図１から図１２は、本実施形態による光学素子、バックライトユニット、ディスプレイ装置の構成およびその利用形態を示す断面概略図の一例であり、各部位の縮尺または比率は実際とは一致しない。また、これに限定されるものでもない。
【００２６】
本実施の形態であるディスプレイ装置７０は、図１に示すように、画像表示素子３５とバックライトユニット５５とを備える。
画像表示素子３５は、液晶パネル３２と、この液晶パネル３２の表裏両面に積層状態に設けられた偏光板３１，３３とから構成される。
バックライトユニット５５は、ランプハウス（反射板）４３内に複数の光源４１が配置された光源ユニット４５と、この光源ユニット４５の上方（観察者側方向Ｆ）に配置された光均一素子２５と、この光均一素子２５の上方に配置された単一または複数の光学部材２とから構成されている。このバックライトユニット５５の光源４１から射出された光Ｈは、光均一素子２５で拡散され、その上方に配置された単一または複数の光学部材２で拡散・反射・集光・カラーシフトされ、光Ｋとして、画像表示素子３５に入射し、観察者側Ｆへと射出される。
【００２７】
光源４１は画像表示素子３５に光を供給するものである。光源４１としては、例えば、複数の線状光源を用いることができる。複数の線状光源としては、複数の蛍光灯、冷陰極管（ＣＣＦＬ）、ＥＥＦＬあるいは線状に配置されたＬＥＤなどを一例として用いることができる。
反射板４３は、複数の光源４１の観察者側Ｆと反対側に配置され、光源４１から全方向に射出された光のうち、観察者側Ｆと反対側の方向に射出された光を反射させて観察者側Ｆに射出させる役割を担っている。この結果、観察者側Ｆに射出された光Ｈは、ほぼ光源４１から全方向に射出された光となる。
このように反射板４３を用いることによって、光の利用効率を高めることができる。反射板４３としては、光を高効率で反射させる部材であればよい。たとえば、一般的な反射フィルム、反射板などを使用することができる。
【００２８】
本実施の形態における光均一素子２５は、光散乱粒子が分散混入された第１樹脂層２６Ａと第２樹脂層２６Ｂとからなる光拡散層２６と、この光拡散層２６の光入射面に設けられた光伝搬層２３と、光拡散層２６の光入射面と反対の面である光伝搬層２３の光入射面２３ａに設けられた光偏向要素２８を備えている。
光偏向要素２８は、ディスプレイ装置７０の光源４１に向けて配置され、光偏向要素２８の光入射面から入射した光Ｈを偏向して光伝搬層２３の光入射面２３ａに向け射出し、光伝搬層２３の光射出面２３ｂから拡散光を射出させるものである。
光拡散層２６は、観察者側Ｆと反対の面である光入射面２６ａに光伝搬層２３の光射出面２３ｂが重ねられて形成されている。上述した光均一素子２５は、液晶装置のみならず、背面投射型スクリーン、太陽電池、有機又は無機ＥＬ、照明装置など、光路制御を行うものであれば何れのものにも使用することができる。
【００２９】
本実施の形態における光均一素子２５では、観察者側Ｆとは反対の面である光伝搬層２３の光入射面２３ａに光偏向要素２８が配列されており、光源４１から入射する強い正面光Ｈを光偏向要素２８にて、その進行方向を偏向し、光伝搬層２３において、偏向された入射光を拡げ、第１樹脂層２６Ａと第２樹脂層２６Ｂから成る光拡散層２６において拡散し、面内において均一な輝度の光を観察者側Ｆへ射出する。
【００３０】
図２（ａ）は、本実施の形態における光均一素子２５の機能を説明するもので、光源４１はランプハウス（反射板）４３内に、Ｖｅ方向（画像表示装置垂直方向）に一定、あるいは必要とする輝度に適したピッチで配列されている。
光源４１から射出した光Ｈは、光均一素子２５の観察者側Ｆと反対の面、すなわち光偏向要素２８より入射し、光偏向要素２８と光伝播層２３から成る光学素子２４を経由して、観察者側Ｆの面、すなわち第１樹脂層２６Ａと第２樹脂層２６Ｂから成る光拡散層２６の光入射面２６ｂより観察者側Ｆへ射出する。
光均一素子２５の光射出面における光の均一性能が不足した場合、光拡散層２６の観察者側Ｆの面である光入射面２６ｂでは、光源４１の真上に位置する領域が明るく、光源４１と光源４１との間に対向する領域が暗く観えるために、輝度の明暗差であるムラ（光源イメージ）として視認される。
【００３１】
光偏向要素２８としては凸形状の単位レンズであることが望ましい。光偏向要素２８の第一傾斜面２８ｂが光伝搬層２３と接合する接合点３０における第一傾斜面２８ｂへの接線ｍと、光伝搬層２３の観察者側Ｆと反対の面である光入射面２３ａとがなす角度をθ、光偏向要素２８の単位レンズのピッチをＰ、光伝搬層２３の厚みをＴ、光伝搬層２３の屈折率をｎとしたとき、以下の数式１を満たすことが望ましい。
【００３２】
【数１】
2010243982.tif 000003
【００３３】
すなわち、図２（ｂ）に示されるように、光伝搬層２３の厚みＴは、光偏向要素２８の第一傾斜面２８ｂが光伝搬層２３と接合する接合点３０に入射した光が角度θの面で偏向され、光伝搬層２３内にてＶｅ方向に光偏向要素２８のピッチＰ以上拡がるために必要な厚みと定義される。ここで、光偏向要素２８の単位レンズのピッチＰは、光偏向要素２８を厚さ方向で断面視した際に、光伝搬層２３と接合する２点間の距離と定義される。
なお、数式１が有効な光偏向要素２８のピッチＰは、１０μｍ以上３００μｍ以下であることが望ましい。光偏向要素２８のピッチＰが１０μｍより小さい場合は、構造周期が波長に近づくため、回折の影響を受ける可能性があることから望ましくなく、光偏向要素２８のピッチＰが３００μｍを超える場合は、光伝搬層２３の必要となる厚みＴが大幅に厚くなり、薄型化に対応できなくなると同時に、製造コストの上昇にもつながることになる。光伝搬層２３の厚みは、２ｍｍ以下に収まるよう設定することが望ましい。
【００３４】
よって、一定のピッチで配列された単位レンズからなる光偏向要素２８に入射した正面光Ｈは、光偏向要素２８で偏向された光と光伝搬層２３内で混ざり合い、光拡散層２６内部において十分に拡散されて観察者側Ｆへと射出される。光伝搬層２３の厚みＴが数式１を満たさない場合、光偏向要素２８にて偏向された光は混ざり合わずに、第１樹脂層２６Ａと第２樹脂層２６Ｂから成る光拡散層２６へ入射するため、光均一素子２５の拡散性能が不足することになる。
【００３５】
さらに、図２（ｃ）に示しように、２つ隣の光偏向要素２８（単位レンズ）によって偏向された光が光伝搬層２３内で混ざり合うことがより好ましい。すなわち、以下の数式２を満たすことが望ましい。
【００３６】
【数２】
2010243982.tif 000004
【００３７】
図２（ｃ）に示されるように、２つ隣の光偏向要素２８（単位レンズ）によって偏向された光が光伝搬層２３内で混ざり合う厚さＴであれば、その拡散性能は更に増すため、光源４１との距離が１０ｍｍ以下と近づいても、ランプイメージを低減／消滅することが可能となる。
【００３８】
光偏向要素２８としては、図３（ａ）に示すレンズ形状の成形加工が容易であり、正面からの入射光Ｈを大きく偏向することができる三角プリズム形状が望ましい。
また、図３（ｂ）のような凸湾曲レンズも好ましい形状となる。第一頂部２８ａ、及び第一傾斜面２８ｂの各点における接線が連続的に変化しているため、正面からの入射光Ｈを様々な角度へ偏向することができることが理由である。凸湾曲レンズ形状としては、図３（ｃ）のような非球面形状であることが更に望ましい。これは第一頂部２８ａの曲率半径が小さくできるため、拡散性能が増大するためであり、さらに、光偏向要素２８としては、図３（ｄ）のような湾曲三角プリズムであることも望ましい。この場合、第一頂部２８ａが稜線であるため、入射光Ｈが単位レンズのどの箇所へ入射しても必ず大きく偏向することができ、第一傾斜面２８ｂの各点における接線が連続的に変化しているため、正面からの入射光Ｈを様々な角度へ拡散することが可能であることが理由として挙げられる。このとき、図３（ｄ）に示すように、第一傾斜面２８ｂの各点における接線が、光伝搬層２３の観察者側Ｆと反対の面である光伝搬層２３の光入射面２３ｂとなす角度が、２０度〜９０度の間で連続的に変化していることが更には望ましい。
ここで、２０度を下回る場合、偏向角が非常に小さくなるために拡散性能が弱くなる。特に０度となる場合は、全く偏向せずに入射光Ｈを通すことになる。湾曲三角プリズムは第一傾斜面２８ｂの各点における接線が、光伝搬層２３の光入射面２３ｂとなす角度が、２０度より小さくなる面がないため、第一傾斜面２８ｂのどの箇所に光が入射しても大きな角度で偏向することが可能である。
【００３９】
また、第一傾斜面２８ｂの各点における接線が、光伝搬層２３の光入射面２３ｂとなす角度が大きく変化しない場合、第一傾斜面２８ｂのどの点に光が入射しても、偏向角がほとんど一緒となるために同じ領域に光が集中する。
湾曲三角プリズムは第一傾斜面２８ｂの各点における接線が、光伝搬層２３の観察者側Ｆと反対側の面２３ｂとなす角度が、２０度〜９０度の範囲で大きく変化しているため、様々な角度に入射光Ｈを偏向し、光を均一にすることができる。さらに、光偏向要素２８は上記レンズ形状を複数組み合わせて用いることができる。例えば図３（ｅ）に示すように、凸湾曲レンズの頂部に三角プリズムを組み合わせたような形状でも良く、図３（ｆ）に示すように２つの湾曲三角プリズムをＶｅ方向にシフトさせて重ねた形状でも良い。２つ以上のレンズ形状による拡散効果により、さらに拡散性能が増大させることが可能となる。
【００４０】
光偏向要素２８は図４（ａ）に示すような凹状の単位レンズでも良い。凹状の単位レンズとしては、上記三角プリズム、凸湾曲レンズ、湾曲三角プリズム、その他の組合せレンズと逆形状であることが望ましい。この場合、先に述べた数式１、２におけるθは、図５に示されるように、第一傾斜面２８ｂが第一頂部２８ａと接合する接合点３０における接線ｍと、光伝搬層２３の光射出面２３ｂとのなす角度θと定義される。従って、光伝搬層２３の厚みＴの定義は、図５（ａ）、（ｂ）に示す凹状の単位レンズの第一頂部２８ａから光拡散層２６までの距離となる。このため、凸上の単位レンズ形状と比べて、光学素子２４及び光均一素子２５の厚さを薄くすることが可能となるためにより望ましい。
また、図４（ｂ）に示されるように、凹状単位レンズの第一頂部２８ａは略平坦面であっても良い。平坦面である方が、光偏向レンズ２８を成形する金型の磨耗や欠けが少ないためである。さらに、図４（ｃ）に示されるように、略平坦面である第一頂部２８ａの上に、光拡散／反射層２８ｃを形成しても良い。このとき、第一傾斜面２８ｂに回り込み量Δは、第一傾斜面２８ｂの幅ｐ１の３０％以下であることが望ましい。また、図４（ｄ）に示すように、凹レンズの凹面に光カバー層２８ｄを形成しても良い。凹レンズの凹面は偏向角が小さい領域であるため、凹面に光カバー層２８ｄを形成することで拡散性能が向上する。光カバー層２８ｄを形成する方法としては、インクジェット方式、撥水／撥油処理方法等を例として挙げることができる。
【００４１】
光偏向要素２８は、これまで述べてきたレンズ等を適宜複数組み合わせて配列しても良い。例えば、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すような、単位レンズのピッチＰや高さを変えて配列しても良い。これにより、光偏向要素２８の最遠交点αは光伝搬層２３内に不均一に配置され、光をより拡散させることが可能となる。
光偏向要素２８の単位レンズの配列方向に対して、最遠交点αが平行且つ直線上に配置された例を図６（ｃ）に示す。この場合、光偏向要素２８に正面光Ｈが入射したとき、単位レンズの中心線上に集光点が生じる一方で、該中心線上に収差も生じる。ここで、説明を簡略化するために、最もレンズ頂点から離れた点で集光する点を最遠交点αと定義する。図６（ａ）から（ｃ）においては、単位レンズの両端に入射した光が偏向されて交わる点を最遠交点αとなる一例を示している。
【００４２】
図６（ｃ）においては、例えば光偏向要素２８である全ての単位レンズが同一形状である場合、光偏向要素２８である各々の単位レンズに入射した光の最遠交点αの位置は同一面上に存在する。従って、光均一素子２５の光入射面から入射した光Ｈは、どの領域においても同一の拡散性能が得られるため、輝度ムラが解消可能な光均一素子２５を提供することができる。
しかしながら、図６（ａ）及び図６（ｂ）で示されるように、光偏向要素２８である単位レンズの形状が一定ではない場合は、各々の単位レンズに入射した光の最遠交点αは同一面上に存在しない。したがって、各々の単位レンズ毎に光伝搬層２３の必要とする厚みＴが異なることになる。この際に、光伝搬層２３の厚さＴは、組み合わせる各単位レンズの中で最も厚くなるＴを選択することが望ましい。最も厚くなるＴを選択することで、配列される全ての光偏向要素２８は、上述した数式１及び２を満足することができるため、光の拡散効果を高めることができる。
【００４３】
一例として、光源４１が極端に光均一素子２５と近接する場合や、光源４１間の距離が極端に離れている場合、光源４１間の距離が不均一な場合等の光源の配置仕様において、光偏向要素２８の最遠交点αを不均一にすることが有効となる。特にレンズ形状を複数組み合わせる場合、図７に示すように、光源４１の位置に合わせて規則的に配列しても良い。このとき、光源４１の真上に位置する領域には、光伝搬層２３の厚みＴが最も薄く設定できる光偏向要素２８を配置することが望ましい。結果として光源４１の真上に位置する領域の拡散性能を高めることができるため、輝度ムラをより低減することが可能となる。
光偏向要素２８のピッチＰは適宜決定できるが、光偏向要素２８のピッチＰが大きいほど、光伝搬層２３の厚さＴも厚くなるため、現実的には１０μｍ以上３００μｍ以下、望ましくは１０μｍ以上２００μｍ以下であることが望ましい。
【００４４】
光偏向要素２８は、光伝搬層２３の光入射面２３ａに、ＵＶ硬化樹脂に代表される電子線硬化樹脂を用いて成形することができる。一例として、光拡散層２６と光伝搬層２３とを押出法等により一体で板状部材として成形し、光伝搬層２３の光入射面２３ａに光偏向要素２８をＵＶ成形することができる。さらに、光伝搬層２３を押出法や射出成形法等により板状部材として成形して、これを光拡散層２６と一体化する前／後に、光伝搬層２３の光入射面２３ａに光偏向要素２８をＵＶ成形することができる。
また、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）、アクリルニトリルスチレン共重合体、アクリロニトリルポリスチレン共重合体などを用いて、射出成型法、あるいは熱プレス成型法によって光偏向要素２８を形成することも可能である。また、同様に作製したシート材の表面に、光偏向要素２８を放射線硬化樹脂を用いて成形することもできる。
【００４５】
光偏向要素２８と光伝搬層２３は、押出成形で同時に作製することができる。
図８（ａ）に示されるように、本発明の光偏向要素２８及び光伝搬層２３と第１樹脂層２６Ａと第２樹脂層２６Ｂから成る光拡散層２６から構成される光均一素子２５は、多層押出成型等により一体で成形することも可能である。
一方、図８（ｂ）に示されるように、シート状に成形した後、光伝搬層２３の観察者側Ｆとは反対側の面２３ａに、ラミネート工法等により、固定層２０を用いて貼合することもできる。この場合、シート状に成形した光偏向要素２８に紫外線吸収材を含有させることが好ましい。シート状に成形した光偏向要素２８に紫外線吸収材を含有させることで、固定層２０の紫外線劣化による剥れや変色を防ぐことが可能となる。
【００４６】
ここで、固定層２０は、粘着材や接着材を用いて形成することができる。粘着材、接着材には、ウレタン系、アクリル系、ゴム系、シリコーン系、ビニル系の樹脂等を一例として用いることができる。また、粘着材、接着材には、１液型で押圧して接着するもの、熱や光で硬化させるものを用いることができ、２液、もしくは複数の液を混合して硬化させるものを用いることができる。さらには、固定層２０内にフィラーを分散してもよい。固定層２０内にフィラーを分散することで、接合層の弾性率を増加させることが可能となる。固定層２０の形成方法において、接合面へ直接塗布する方法や、あらかじめドライフィルムとして準備したものを貼り合わせる方法を取ることができる。固定層２０をドライフィルムとして準備した場合、製造工程上、簡易的に扱うことが可能となるためにより好ましい。
【００４７】
また、固定層２０は反り防止作用があることが望ましい。固定層２０の熱線膨張係数を、光拡散層２６の熱線膨張係数とほぼ同じになるように合わせることで、光均一素子２５自体の反りを防止することができる。さらにまた、シート状に成形した光偏向要素２８の熱線膨張係数を、光拡散層２６の熱線膨張係数とほぼ同じになるように合わせ込むことで、光均一素子２５自体の反りを防止することができる。ここで、シート状に成形した光偏向要素２８の厚みは１０μｍ〜１ｍｍであることが望ましい。さらには、２５μｍ〜５００μｍであることがより望ましい。シート状に成形した光偏向要素２８の厚みが薄すぎると皺等が発生し、厚すぎると光伝搬層２３との貼合工程において取り扱いが容易ではなくなるためである。
ここで、シート状に成形した光偏向要素２８の基材領域を光伝搬層２３とみなすこともできる。厚いシート状に光偏向要素２８を成形することで、光伝搬層２３の厚みを薄くすることができ、直接接光拡散層２６に貼り合わせることも可能となる。
【００４８】
光偏向要素２８の表面に、さらに微細な凹凸を有していても良い。微細な凹凸が、光偏向要素２８による偏向効果を更に高めることができる。この場合、表面粗さＲａは、０．１μｍ〜１０μｍの範囲であることが望ましい。０．１μｍを下回る凹凸構造では偏向効果は得難く、また１０μｍを超える凹凸構造はそれ自体が光偏向要素２８となる。
微細な凹凸の形成方法としては、例えば光偏向要素２８自身、又は成形用金型の表面を、エッチングやサンドブラストなどによって荒らす方法、光偏向要素２８の成形用金型に、更に微細な凹凸形状を切削する等の方法が挙げられる。また、光偏向要素２８は、入射光Ｈを偏向させるものであれば、上述のようなレンズ形状でなくても良い。例えば、光偏向要素２８は、樹脂フィラーや気泡等による拡散層であっても良い。光偏向要素２８で入射光Ｈを偏向し、光伝搬層２３内部で偏向された光をより拡げて伝播させ、光拡散層２６内部で更に拡散させることで、拡散性能を向上させることが可能であるからである。
【００４９】
本発明の光均一素子２５を構成する光伝搬層２３は、全光線透過率が８０％以上であることが好ましい。全光線透過率が８０％以上であれば、観察者側Ｆへ射出させる光の輝度を低下させることがなく、全光線透過率が８０％未満の場合には、観察者側Ｆへ射出させる光の輝度低下が生じることが起こりうるために好ましくない。
なお、ここで示した全光線透過率の値は、ＪＩＳ  Ｋ７３６１−１に準拠した測定値である。また、光伝搬層２３は、ヘイズ値が９５％以下であることが好ましい。光伝搬層２３は、光偏向要素２８によって偏向拡散された入射光を効果的に拡げて伝搬し、第１樹脂層２６Ａと第２樹脂層２６Ｂから成る光拡散層２６へ入射させる。従って、ヘイズ値が９５％を超える場合には、十分な光拡散効果を得ることができないため好ましくない。
なお、ここで示したヘイズ値は、ＪＩＳ  Ｋ７１３６に準拠した測定値である。
【００５０】
光伝搬層２３に用いられる材料は、熱可塑性樹脂からなる透明樹脂が好ましく、例えば、ポリカーボネート樹脂、アクリル系樹脂、フッ素系アクリル樹脂、シリコーン系アクリル樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ポリスチレン樹脂、シクロオレフィンポリマー、メチルスチレン樹脂、フルオレン樹脂、ＰＥＴ、ポリプロピレン、アクリルニトリルスチレン共重合体、アクリロニトリルポリスチレン共重合体などを挙げることができる。また、光伝搬層２３は、少なくとも１軸方向に延伸されていてもよい。
【００５１】
光伝搬層２３は、少なくとも２層以上の多層構造とすることができる。このとき、光偏向要素２８側の層２３Ａの屈折率をｎ１、拡散基材２６側の層２３Ｂの屈折率をｎ２、光偏向要素２８の屈折率をｎ０としたとき、数式３を満たすことが望ましい。
【００５２】
【数３】
2010243982.tif 000005
【００５３】
数式３について、図９（ａ）を用いて説明する。光Ｈが光偏向要素２８に入射すると、空気の屈折率と光偏向レンズ２８の屈折率ｎ０とにより光Ｈは偏向される。このとき光偏向要素２８の屈折率ｎ０が大きいほど屈折角は大きくなるため、光偏向要素２８の屈折率ｎ０は大きい方が望ましい。
図９（ａ）においては、光偏向要素２８、光伝搬層２３の光偏向要素２８側の層２３Ａ、及び光伝搬層２３の光拡散層２６側の層２３Ｂのそれぞれの界面において、光が光源４１側から観察者側Ｆに進むにあたり、界面での屈折率が高くなる場合を２点鎖線、屈折率が変わらない場合を点線、屈折率が低くなる場合を実線で表している。例えば、光偏向要素２８により偏向された光が光伝搬層２３に入射する際、ｎ０＞ｎ１、すなわち屈折率が低くなる場合、実線で図示される方向へ偏向する。偏向された光と光伝搬層２３の観察者側Ｆとは反対側の面２３ａとのなす角度が小さくなるため、拡散性能は向上する。
【００５４】
逆に、ｎ０＜ｎ１、すなわち屈折率が高くなる場合、２点鎖線で図示される方向へと偏向される。偏向された光と光伝搬層２３の観察者側Ｆと反対側の面２３ａがなす角度が大きくなるために拡散性能は低下する。同様に、光伝搬層２３の光偏向要素２８側の層２３Ａと光伝搬層２３の光拡散層２６側の層２３Ｂとの界面においても、ｎ１＞ｎ２、すなわち屈折率が低くなる場合、拡散性能は向上することになる。
従って、光偏向要素２８の屈折率ｎ０と光伝搬層２３の光偏向要素２８側の層２３Ａの屈折率ｎ１とは、等しいか又は光偏向要素２８の屈折率ｎ０の方が大きいことが望ましく、光伝搬層２３の光偏向要素２８側の層２３Ａの屈折率ｎ１と光伝搬層２３の光拡散層２６側の層２３Ｂの屈折率ｎ２では、等しいか又は光伝搬層２３の光偏向要素２８側の層２３Ａの屈折率ｎ１の方が大きいことが望ましい。
【００５５】
ここで、光伝搬層２３の光偏向要素２８側の層２３Ａの厚みより、光伝搬層２３の光拡散層２６側の層２３Ｂの厚みの方が厚いことがより望ましい。光伝搬層２３の光拡散層２６側の層２３Ｂ内で光を大きく拡げることが可能となることが理由である。
さらには、図９（ｂ）に示すように、光偏向要素２８の単位レンズの両端に入射した光が偏向して交差する点が、光伝搬層２３の光偏向要素２８側の層２３Ａに位置することが望ましい。また、光伝搬層２３が少なくとも２層以上の多層構成である場合には、光偏向要素２８の最遠交点αが光偏向要素２８の光射出面（すなわち光伝搬層２３の観察者側Ｆと反対側の面２３ａ）と接する層内に含まれることが良い。これにより、光伝搬層２３内の光偏向要素２８に近い点に最遠交点があるため、大きく光を拡散することができる。
【００５６】
上述した光伝搬層２３は、屈折率の異なる複数の層を多層押出法等により成形することができる。また、押出法や射出成形法によって成形した光伝搬層２３に、該光伝搬層２３よりも屈折率の高い材料を用いて光偏向要素２８を基材上に成形し、ラミネート工法等により貼合することでも作製することができる。
光伝搬層２３は多層構成とすることで反りを防止することができる。この場合、最も観察者側から離れた層の熱線膨張係数を、光拡散層２６の熱線膨張係数とほぼ同じ程度に合せ込むことで、光均一素子２５の反りを防止することができる。また、光伝搬層２３の厚さを調整することによっても光均一素子２５の反りを防止できる。
【００５７】
光均一素子２５は、第１樹脂層２６Ａと第２樹脂層２６Ｂから成る光拡散層２６と光伝搬層２３をそれぞれ別々に押出法、射出成形等により形成した後に、接着材又は粘着材により一体化して形成しても良い。たとえば、接着材又は粘着材としては、一般的に用いられるラミネート工法などを用いて光拡散層２６と光伝搬層２３を貼り合せることができる。
第１樹脂層２６Ａと第２樹脂層２６Ｂから成る光拡散層２６は、全光線透過率が１０％〜６０％であることが好ましい。全光線透過率が１０％未満の場合には、観察者側Ｆへの射出光の輝度低下を引き起こすために好ましくない。全光線透過率が６０％を超える場合は、拡散性能が不十分となり、面内輝度の均一性が悪化するために好ましくない。また、光拡散層２６は、ヘイズ値が９５％以上であることが好ましい。ヘイズ値が９５％未満の場合は、拡散性能が不十分となり、前記と同様に面内輝度の均一性が悪化するためである。
【００５８】
第１樹脂層２６Ａと第２樹脂層２６Ｂから成る光拡散層２６は、主材となる樹脂と、この樹脂の中に混入・分散された光拡散剤とを具備して構成されており、光拡散板２６に使用される第１樹脂１１０、及び第２樹脂１１１は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂などを用いることができる。その一例としては、スチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、アクリル系樹脂、メタクリル系樹脂、メタクリル酸メチル系樹脂、フッ素系アクリル樹脂、塩化ビニル系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリエステル系樹脂、フルオレン樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン、シクロオレフィンポリマー、アクリルニトリルスチレン共重合体、アクリロニトリルポリスチレン共重合体、脂環式アクリル樹脂、脂環式ポリオレフィン樹脂、オレフィン・マレイミド交互共重合体、シクロヘキサジエン系ポリマー、非晶ポリエステル樹脂、非晶フッ素系樹脂等を挙げることができる。なお、第１樹脂１１０及び第２樹脂１１１は、同じ樹脂を用いても良く、異なる樹脂から選択されても良い。
【００５９】
これまで述べてきた本発明の光拡散層２６は、第１光散乱粒子１００が分散混入された第１樹脂１１０が略板状に形成された第１樹脂層２６Ａと、第２光散乱粒子１０１が分散混入された第２樹脂１１１が略板状に形成された第２樹脂層２６Ｂとが積層された構成となっている。
このような第１樹脂層２６Ａと第２樹脂層２６Ｂの２層から形成される場合、光源４１側に第１樹脂層２６Ａ、次に第２樹脂層２６Ｂの順で配置された場合、第２樹脂層２６Ｂ、次に第１樹脂層２６Ａの順で配置された場合のどちらにおいても同等の性能を発現する。また、本発明における光拡散層２６は、２層構造に限定されるわけではなく、３層、４層または５層構造で構成されていても良い。例えば、３層構成の場合、第１樹脂層２６Ａ、次に第２樹脂層２６Ｂ、さらに第１樹脂層２６Ａとした構成の組み合わせを選ぶことも可能である。
【００６０】
ここで、上記第１樹脂層２６Ａは、光透過性と異方散乱性とを有し、第１樹脂層２６Ａが示す機能は、以下のような第１光散乱粒子１００によって付与される。この第１光散乱粒子１００としては、非球形状粒子が用いられ、特に多面体構造の非球形状粒子であることが好ましい。また、第１光散乱粒子１００と第１樹脂１１０との屈折率差は、０．１〜０．１８の範囲に設定されている。屈折率差が０．１未満の場合は、必要とされる光拡散性が不足し、０．１８を越える場合は光透過性が低下するために好ましくない。屈折率差が上記範囲内であれば、充分な光拡散性を得られ、視野角分布の調整を行うことが可能となる。さらに、第１光散乱粒子１００の平均粒径は１〜６μｍの範囲内に設定されている。
第１光散乱粒子１００の平均粒径が１μｍ未満あるいは６μｍを超える場合には、必要とされる光拡散性が不足するために視野角分布の調整を行うことができなくなる。第１光散乱粒子１００の平均粒径が１〜６μｍの範囲内であれば、十分な光散乱性を得ることができる。さらに、第１樹脂層１１０における第１光散乱粒子１００の混入量は、複数の光源からの入射光を均一にしてランプイメージを低減／消滅させることが可能な光拡散性能及び光透過性能を付与することができる混入量の範囲を１〜３５重量％に設定している。混入量が１重量％以下である場合は、ランプイメージを低減／消滅させる光拡散効果が十分に得られず、３５重量％以上では、光透過性が低下して必要とされる輝度が得られなくなることが起こり得る。
【００６１】
一方、上記第２樹脂層１１１は光透過性と等方拡散性の両方を有し、その特性は以下のような第２光散乱粒子１０１によって与えられる。この第２光散乱粒子１０１としては真球形状粒子が用いられ、第２光散乱粒子１０１と第２樹脂１１１との屈折率差は、０．１〜０．１８の範囲に設定されている。これにより、上記同様、必要な光拡散性を得ることができ、視野角分布の調整を行うことができる。さらに、第２光散乱粒子１１１の平均粒径は、１〜６μｍの範囲に設定されている。これにより、十分な光散乱性を得ることができるようになっている。また、第２樹脂層１１１における第２光散乱粒子１０１の混入量は、１〜３５重量％の範囲内に設定されており、これにより、第２樹脂層１１１に適切な光拡散性能及び光透過性能を付与することができる。なお、前述した第１光散乱粒子１００と同様に、混入量が１重量％以下である場合は、ランプイメージを低減／消滅させる光拡散効果が十分に得られず、３５重量％以上では、光透過性が低下して必要とされる輝度が得られなくなることが起こり得る。
【００６２】
第１光散乱粒子１００、及び第２光散乱粒子１１１の材料としては、無機微粒子または有機微粒子を用いることができる。一例としては、アクリル系粒子、スチレン粒子、スチレンアクリル粒子およびその架橋体、メラミン-ホルマリン縮合物の粒子、ポリウレタン系粒子、ポリエステル系粒子、シリコーン系粒子、フッ素系粒子、これらの共重合体、スメクタイト、カオリナイト、タルクなどの粘土化合物粒子、シリカ、酸化チタン、アルミナ、シリカアルミナ、ジルコニア、酸化亜鉛、酸化バリウム、酸化ストロンチウムなどの無機酸化物粒子、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、塩化バリウム、硫酸バリウム、硝酸バリウム、水酸化バリウム、水酸化アルミニウム、炭酸ストロンチウム、塩化ストロンチウム、硫酸ストロンチウム、硝酸ストロンチウム、水酸化ストロンチウム、ガラス粒子などの無機微粒子等を挙げることができる。
【００６３】
これまでに述べてきた光拡散層２６は、板状やプレート状あるいはシート状をなすものであっても良く、その厚さは０．０５〜２ｍｍの範囲内に設定されており、特に０．１〜１ｍｍの範囲が最も好ましい。拡散層２６の厚みが０．０５ｍｍ未満の場合、十分な拡散機能を果たすことが困難であり、反りや歪み、うねり、撓みが生じる可能性が考えられる。一方、光拡散層２６の厚さが２ｍｍを越える場合は、樹脂量が多いために吸収による光の透過率が低下し、必要とされる光源４１からの光が妨げられて輝度が不足することになる。さらには、バックライトユニット５５やディスプレイ装置７０の薄型化に対応することができないと同時に軽量化の妨げともなる。
【００６４】
このような光拡散層２６は、上記第１樹脂層１１０及び第２樹脂層１１１を、押出機で熱可塑性樹脂を加熱溶解させ、Ｔダイから押出し、板状あるいはシート状に成形する押出方法、または、積層板あるいは積層シートを形成する場合に用いられる複数台の押出機を用い、フィードブロックダイやマニホールドダイなどの積層ダイから積層押出しを行って複層板状に成形する、共押出法を用いて一体成形することでも作製が可能である。さらには、光均一素子２５は、光拡散層２６と光伝搬層２３と光偏向要素２８とを多層押出法により一体成形して形成することが製造工程上好ましい。また、光均一素子２５は、少なくとも１軸方向に延伸されていてもよい。多層押出法を用いることにより、製造工程を簡略化・効率化することができるとともに、製造コストを下げることができる。
【００６５】
光拡散層２６は、光源４１側に配置される第１樹脂層１１０の少なくも一層に紫外線吸収剤が添加されたものが好ましい。紫外線吸収剤を添加することにより、光源４１から照射される紫外線による光拡散層２６自体の劣化を抑制することができ、長寿命化を図ることができる。この紫外線吸収剤としては、例えば、２−（２´- ヒドロキシ−５´−メチルフェニル）ベンゾトリアゾールなどのベンゾトリアゾール系化合物、２−ヒドロキシ−４−メトキシベンゾフェノンなどのベンゾフェノン系化合物、４−ｔ−ブチルフェニルサリシレートなどのサリチル酸エステル系化合物、２−エトキシ−２´−エチルオキザリックアシッドビスアニリドなどのオキザリックアシッドアニリド系化合物、エチル−２− シアノ−３，３−ジフェニルアクリレートなどのシアノアクリレート系等を用いることができる。
【００６６】
本発明の光均一素子２５は、光拡散層２６の観察者側Ｆの面である光射出面２６ｂに凹凸形状を備えることが好ましい。図１０（ａ）に示されるように、光拡散層２６の光射出面２６ｂに凹凸形状、すなわち光学フィルム２１が設けられることで、光拡散層２６の光射出面２６ｂが略平坦である場合と比べて、様々な角度の射出面が形成されることにより、より広い範囲へ拡散させた光を射出することができ、拡散性能が向上しランプイメージを低減／消滅させることがより可能となる。また、凹凸形状、すなわち光学フィルム２１を備えることで、図１０（ｂ）に示すように光学フィルム２１がない光均一素子２５に比べて、光拡散層２６の光射出面２６ｂ上に配置される光学部材（本実施形態においては光学部材２）との間に空隙を得ることができるために密着することを防ぎ、光拡散層２６と光学部材２との密着によるニュートンリング等の光学的な影響を防ぐことも可能となる。
【００６７】
光学フィルム２１は、光透過基材２１１と、光透過基材２１１上に一定のピッチで複数配列された光拡散レンズ２１２２とから構成され、光拡散レンズ２１２２の形状が凸曲面形状でかつ弧状表面を有する第二頂部２１aと、第二頂部２１aから光透過基材２１１へ至る第二傾斜部２１ｂとを有し、光拡散レンズ２１２２を横断視した場合の断面積が光透過基材２１１から第二頂部２１aに行くに従い減少するように構成されている。
【００６８】
なお、マット加工に変えて、不連続の微小突起を設ける加工を施してもよい。このような凹凸を形成する方法としては、マット加工やエンボス加工等が挙げられる。これらの工法によれば、加熱されることにより柔らかくなった状態の透明樹脂を凹凸のある部材に押し付けて当該部材の形状を転写し、その後に透明樹脂を硬化させて凹凸形状を得ることができる。また、その他の方法として、粒径３０〜１００μｍ程の透明粒子を溶融状態の透明樹脂に配合し、当該透明粒子を最外層側に押し出すことで表面に凹凸を生じさせるものであってもよい。この方法を用いる場合には、透明樹脂と透明粒子との屈折率が等しくされていることが好ましい。
【００６９】
観察者側に付与する凹凸形状としては、光拡散レンズ２１２が挙げられる。光拡散レンズ２１２としては、図１１（ａ）のような三角プリズム形状が望ましい。レンズ成形が容易であり、射出光の方向を容易に制御することができることが理由である。また、図１１（ｂ）のような凸湾曲レンズ形状が望ましい。これは、射出面を様々な角度に設定できるために拡散性能を向上させることが可能であるからである。凸湾曲レンズ形状としては、図１１（ｃ）のような非球面形状であることが更に望ましい。頂部の曲率半径が小さくすることができるために拡散性能の増大が可能であることが理由となる。さらに、光拡散レンズ２１２としては、図１１（ｄ）のような湾曲三角プリズムであることが望ましい。光拡散層２６の光射出面２６ｂと平行な面がなく、射出面を様々な角度に設定できるため、拡散性能が向上する。また、光拡散レンズ２１２は上記レンズ形状を複数組み合わせることができる。例えば、図１１（ｅ）に示されるように、凸湾曲レンズの上に三角プリズムを組み合わせたような形状でも良い。２つ以上のレンズ形状による拡散効果により、更に拡散性能を増すことができるためである。この他、光偏向要素２８として挙げたレンズ形状でも良く、光拡散レンズ２１２は上述のレンズ等を適宜複数組み合わせて配列しても良い。例えば、光源４１の真上にあたる領域は拡散性能の高い光拡散レンズ２１２を配置し、光源４１と光源４１との間には、拡散性能の低い光拡散レンズ２１２を配置することもできる。
【００７０】
また、これまで述べてきた光均一素子２５の光射出面側、つまり観測者側に、光を集光、拡散、偏光、反射等の光学的特性を、一つあるいは複数を持たせた光学部材２を積層させることで、より輝度を向上させること、あるいは、光源のランプイメージの明暗差を低減させることも可能となる。なお、ここで配置する光学部材２は、単数でも良く、複数を組み合わせて用いても良い。
【００７１】
次に、これまでに説明してきた光均一素子２５、光源ユニット４５、及び光学部材２から構成されるバックライトユニット５５、前記バックライトユニット５５と画像表示素子３５から成るディスプレイ装置７０につい述べる。光源４１から射出された光は、光偏向要素２８によって偏向拡散され、さらに光伝搬層２３により入射光が効果的に拡げられて伝搬し、第１樹脂層２６Ａと第２樹脂層２６Ｂから成る光拡散層２６において散乱させられて拡散光として進み、光源４１の輝度ムラが解消されるとともに、適宜の角度範囲に広がり角を有する光として、光均一素子２５の射出面２６ｂから射出される。
【００７２】
光均一素子２５の光射出面２６ｂから射出された光は、光均一素子２５と光学部材２との間の空隙の屈折率に応じて、スネルの法則に従った屈折作用を受け光学部材２に入射し、光学部材２の特性である拡散・反射・集光・偏光・カラーシフト等の効果を発動して画像表示素子３５に射出される。その後、画像表示素子３５の偏光板３３、液晶パネル３２及び偏光板３１を介して、所定の画素領域から光が表示光として画像が観測者側に表示される。
この過程において、第１樹脂１１０に第１光散乱粒子１００を分散混合した第１樹脂層２６Ａは、光透過性及び異方散乱性を有しているために、異方散乱性を有する第１樹脂層２６Ａを通過する光の輝度分布は、図１２（ａ）に示すような正面方向（観察者側）Ｆにのみ突出しており、正面方向Ｆから角度が変化すると急激に落ち込み、広角度にかけて広がりを保持するような視野角特性を示す。そのため、第１樹脂層２６Ａを通過しても正面方向Ｆの明るさを得ることができ、さらに、入射光に対して垂直方向に近い広範囲にかけてある程度均一の明るさを発現することができる。したがって、光源４１のランプとランプとの間の暗所を均一の明るさにする効果があり、ランプイメージ低減効果を得ることができる。
【００７３】
一方、第２樹脂１１１に第２光散乱粒子１０１を分散混合した第２樹脂層２６Ｂは、光透過性及び等方散乱性を有していることから、等方散乱性を有する第２樹脂層２６Ｂを通過する光の輝度分布は、図１２（ｂ）に示すような正面方向Ｆから視野角の広がりを保持しつつ、前方への拡散性が高く、広角度なると急激に落ち込むような視野角特性を示す。そのため、光源４１上のランプイメージはその中心からぼやけて広がるため、正面方向Ｆの斜め方向からはランプイメージを確認し難くなり、ランプイメージの低減効果が得ることができる。
【００７４】
これまでに説明してきた光拡散層２６は、各層それぞれに一定の輝度分布を付与しており、これを組み合わせることで光の透過性と散乱性をバランス良く利用して、画面内の輝度を均一化させることを特徴としている。そのため、一層に複数の機能を付与した場合、一例としては、等方拡散性を示す光拡散粒子と異方拡散性を有する、異なる光拡散粒子を同一層内部に混入させた際は、それぞれの光拡散粒子は固有の機能を発揮するが、同一内部にあるために互いの距離が近く、互いの機能を妨げることが起こり得る。そのために、光の透過性と散乱性のバランスが取れないことが起こり、各層に分離した本発明の構成に比べて、光源４１のランプイメージを低減させて、画面内の輝度を均一化させる効果が大幅に低下することを引き起こすことに繋がる。また、異なる性質を示す光拡散粒子を混入させる場合は、必要とする光の透過性と散乱性のバランスを取るために、その性能と粒子サイズ、形状、分散性、混入比率、等を最適化することが必要となる。光の透過性と散乱性をバランス良く利用して、画面内の輝度を均一化させるためには制御が複雑となることが起こり得る。
【００７５】
以上のように、本発明の光学均一素子２５における光拡散層２６は、上述した特性をそれぞれ示す第１樹脂層２６Ａ及び第２樹脂層２６Ｂを組み合わせた構造を有するため、光の透過性と散乱性をバランス良く利用することができる。その結果、光源４１のランプイメージを低減させて、画面内の輝度を均一化させることが可能となる。さらに、光偏向要素２８及び光伝搬層２３と組み合わせることにより、画面内の輝度をより均一化させることが可能な光学均一素子２５を提供することができる。
【００７６】
これまでに述べてきたように、本発明のディスプレイ装置７０は、画像表示素子３５が液晶表示素子であり、先に記載のバックライトユニット５５により集光・拡散特性を向上させた光Ｋを利用する構成であることから、観察者側Ｆの輝度を向上させ、光強度の視角方向の分布を滑らかにするとともに、光源であるランプイメージを低減させて画面全体の輝度を均一化させた画像を得ることができる。
【００７７】
以下、本発明を実施例について詳細に説明する。尚、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
以下に示す実施例では、本発明の光均一素子２５及び光学部材２を用いたディスプレイ装置７０の光学特性について説明する。本発明の実施例と比較例の光均一素子の仕様を図１３に示す。
【００７８】
光偏向要素２８として凸レンチキュラーレンズを用意した。凸レンチキュラーレンズのピッチＰを１００μｍ、光伝搬層２３と凸レンチキュラーレンズとの接合点３０における接線ｍと、光伝搬層２３の観察者側と反対側の面２３ａとのなす角θが６５度、凸レンチキュラーレンズの高さを４５μｍと設定した。また、光偏向要素２８単体、または、光偏向要素２８と光伝搬層２３から成る光学素子を作製した。光学素子の材料は、全てポリカーボネート（屈折率＝１．５９）とした。
【００７９】
（実施例１〜４の光均一素子）
屈折率１．５９のポリスチレン樹脂（ＰＳ）に１種の光散乱粒子を添加した第１樹脂層及び第２樹脂層から成る２層の光拡散層を実施例１〜８として作製した。各樹脂層の厚みと光散乱粒子の平均粒径、屈折率、混入量（重量％）を表１に示す。具体的には、積層押出機によって、上記第１樹脂層及び第２樹脂層、及び透明層からなる積層シートを、その押出量を調整しながら押出し成形することで光拡散層を作製した。この際、押出機のダイ温度を２００℃に、ロール温度（第２ロールの温度）を１００℃に設定して作製した。この作製した拡散層に、粘着シートを用いて別途作製した凸レンチキュラーレンズから成る光偏向要素を貼り合せて光均一素子を作製した。
【００８０】
（実施例５〜６の光均一素子）
屈折率１．５９のポリスチレン樹脂に１又は２種の光散乱粒子を添加した第１樹脂層及び第２樹脂層と、１種の光散乱粒子を添加した第３樹脂層からなる３層構造の光拡散層を作製した。各樹脂層の厚み、光散乱粒子の平均粒径、屈折率、混入量（重量％）を表１に示す。なお、光拡散層は第１樹脂層と第３樹脂層とで第２樹脂層を挟み込むように構成されており、実施例１〜４と同様な製法で光均一素子を作製した。この作製した光拡散層に、粘着シートを用いて別途作製した光偏向要素と光伝搬層から成る光学素子を貼り合せて光均一素子を作製した。
【００８１】
次に比較例について述べる。
（比較例１〜３）
屈折率１．５９のポリスチレン樹脂に、１種の光散乱粒子を添加した第１樹脂層及び第２樹脂層からなる２層構造の光拡散層を作製した。各樹脂層の厚み、光散乱粒子の平均粒径、屈折率、混入量（重量％）を表１に示す。実施例１〜４と同様な製法で光均一素子を作製した。この作製した光拡散層に、粘着シートを用いて別途作製した凸レンチキュラーレンズから成る光偏向要素を貼り合せて光均一素子を作製した。
【００８２】
次に光学評価について述べる。
（光学評価）
本実施例及び比較例のディスプレイ装置を以下の測定方法により評価した。
（正面輝度評価）
光学部材２として、光均一素子２５の観測者側に、上下を拡散シートで挟んだプリズムシートを配置し、この光学部材２の観測者側に画像表紙素子３５を有するディスプレイ装置７０を組み立てた。このディスプレイ装置の画面を全白表示として、分光放射輝度計（ＳＲ−３Ａ：トプコンテクノハウス社製）を用いて、同一条件下において画面中心部の輝度を測定した。
（輝度ムラ評価）
ディスプレイ装置７０を全白表示とし、画面全体を輝度ムラ測定機（ＰｒｏＭｅｔｒｉｃ１２００：Ｒａｄｉａｎｔ Ｉｍａｇｉｎｇ社製）にて測定し、複数の冷陰極管の並びに対して垂直方向の輝度分布データにより解析を行った。なお、輝度分布は冷陰極管に対応した波型の分布が得られるので、中心の５本分の冷陰極管（間隔：３５ｍｍ）に相当する輝度データを抽出して平均輝度を算出した後、平均輝度に対する輝度変化（％）を算出した。この輝度変化の標準偏差σが２％以内であれば、光学均一素子の性能が良好と判定した。
【００８３】
（光学評価結果）
本実施例及び比較例の測定結果は図１４に示すようになる。すなわち、図１４から明らかなように、
実施例１は、光源イメージが認識されず、輝度の低下もなく、良好な結果が得られた。
実施例２は、光源イメージが認識されず、輝度の低下もなく、良好な結果が得られた。
実施例３は、光源イメージが認識されず、輝度の低下もなく、良好な結果が得られた。
実施例４は、光源イメージが認識されず、輝度の低下もなく、良好な結果が得られた。
実施例５は、光源イメージが認識されず、輝度の低下もなく、良好な結果が得られた。
実施例６は、光源イメージが認識されず、輝度の低下もなく、良好な結果が得られた。
比較例１は、輝度の低下はなかったが、光源イメージが認識された。
比較例２は、光源イメージが薄く認識され、輝度の低下も大きいことが判明した。
比較例３は、輝度の低下が見られ、光源イメージも薄く認識された。
【００８４】
以上の実施例及び比較例評価結果から、第１樹脂層及び第２樹脂層の一方に非球形状の光散乱粒子を混入し、他方には真球系状の光散乱粒子を混入し、これら光散乱粒子の平均粒径を１〜６μｍに設定するとともに、該光散乱粒子と樹脂との屈折率差を０．１〜０．１８とし、さらに、各樹脂層における光散乱粒子の混入量を１〜３５重量％とすることで、光拡散性及び集光性を備えた光均一素子を実現できることが分かった。また、これは２層構造に限られず、３層造であっても同様の光拡散板を実現できることが分かった。また、実施例１から６においては、光源である冷陰極管のランプイメージは視認されず画像表示は良好であるとともに、十分な明るさが得られることが判明した。
一方、本発明の条件を満たさない比較例１から３においては、ランプイメージ及び明るさの少なくとも一方が好ましくない結果となった。
【００８５】
よって、以上の実施例及び比較例評価結果から、第１樹脂層及び第２樹脂層の一方に非球形状の光散乱粒子を混入し、他方には真球系状の光散乱粒子を混入し、これら光散乱粒子の平均粒径を１〜６μｍに設定するとともに、該光散乱粒子と樹脂との屈折率差を０．１〜０．１８とし、さらに、各樹脂層における光散乱粒子の混入量を１〜３５重量％とする光拡散性及び集光性を備えた光均一素子は、光源のイメージを消すことに有効であることが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明の第１樹脂層及び第２樹脂層の一方に非球形状の光散乱粒子を混入し、他方には真球系状の光散乱粒子を混入し、これら光散乱粒子の平均粒径を１〜６μｍに設定するとともに、該光散乱粒子と樹脂との屈折率差を０．１〜０．１８とし、さらに、各樹脂層における光散乱粒子の混入量を１〜３５重量％とする光拡散性及び集光性を備えた光均一素子を用いたバックライトユニット及びディスプレイ装置は、光源と光均一素子との距離を近づけた薄型軽量化のディスプレイ、または、光源の数量を減らすことで光源の間隔が拡がる省電力タイプのディスプレイに対応することができる。
【符号の説明】
【００８７】
Ｈ、Ｋ……光、Ｐ……光偏向要素ピッチ、ｐ１……光偏向要素第一傾斜面ピッチ、ｍ……接線、Ｔ……光伝搬層の厚さ、θ……光伝搬層の一面と接線ｍがなす角度、θ１、θ２、θ３……光偏向要素の各点における接線と光伝搬層の一面とがなす角度、ｎ……光伝搬層の屈折率、ｎ０……光偏向要素の屈折率、ｎ１……光伝搬層の第１層の屈折率、ｎ２……光伝搬層の第２層の屈折率、Ｆ、Ｆ'……観察者側、Ｘ……平面視方向、Ｖｅ……画像表示装置垂直方向、Ｈｏ……画像表示装置水平方向、Δ……光拡散／反射層回り込み量、α……最遠交点、２……光学部材、２０……固定層、２１……光学フィルム、２１１……光透過性基材、２１２……光拡散レンズ２１２ａ……第二頂部、２１ｂ……第二傾斜面、２２……光マスク、２３……光伝搬層、２３ａ……光入射面、２３ｂ……光射出面、２４……光学素子、２５……光均一素子、２６……光拡散層、２６Ａ……第１樹脂層、２６Ｂ……第２樹脂層、２６ａ……光入射面、２６ｂ……光射出面、２８……光偏向要素、２８ａ……第一頂部、２８ｂ……第一傾斜面、３０……接合点、３１、３３……偏光板、３２……液晶パネル、３５……画像表示素子、４１……光源、４３……反射板（反射フィルム）、４５……光源ユニット、５２……光学シート、５５……バックライトユニット、７０……ディスプレイ装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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