(57)【要約】【課題】高輝度でサイドローブやモアレ干渉縞を生じない光学シートと、これらに加えて視野範囲を制御可能なディスプレイ装置を提供する。【解決手段】レンズシート８は、シート状の基材１０の出射面に略半球状のマイクロレンズ１２を分散して設ける。マイクロレンズ１２の隙間に一方向に沿って延在する三角形状のプリズムレンズ１１を互いに平行に配列させて第１レンズアレイを形成する。プリズムレンズ１１の高さＨ１とマイクロレンズ１２の高さＨ２の比Ｈ１／Ｈ２は１より小さい。マイクロレンズ１２のピッチＰ２とプリズムレンズ１１のピッチの比Ｐ２／Ｐ１が１＜Ｐ２／Ｐ１＜７である。このレンズシート８を備えたディスプレイ装置１において、レンズシート８の第１レンズ１１のレンズ軸と画像表示素子３における偏光板１４の透過軸とを直交するように配設する。【選択図】図１
2011102848.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状の基材と、
前記基材の一方の面に一方向に沿って延在する集光機能の高い複数の第１レンズが互いに平行に配列されてなる第１レンズアレイと、
前記第１レンズより高さが高く偏光依存性が小さい複数の第２レンズが配設されてなる第２レンズアレイとを備えており、
前記第１レンズと前記第２レンズは互いに射出光成分が異なることを特徴とする光学シート。
【請求項２】
前記第１レンズの断面形状が、三角形プリズム形状であることを特徴とする請求項１に記載された光学シート。
【請求項３】
前記第１レンズの三角プリズムの頂角が７０度〜１１０度の範囲で設定されていることを特徴とする請求項２に記載された光学シート。
【請求項４】
前記第２レンズは略球面形状をなすマイクロレンズであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載された光学シート。
【請求項５】
前記第２レンズは、その直径に対する高さのアスペクト比が３０％〜１００％の範囲に設定されていることを特徴とする請求項４に記載された光学シート。
【請求項６】
前記基材の一方の面における前記第２レンズの占有率が、平面視で１０％〜８０％の範囲で設定されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載された光学シート。
【請求項７】
前記第１レンズのピッチをＰ１とし、前記第２レンズのピッチをＰ２として、
１＜Ｐ２／Ｐ１＜７
であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載された光学シート。
【請求項８】
前記第１レンズのレンズ高さをＨ１とし、前記第２レンズのレンズ高さをＨ２として、
０．１＜Ｈ１／Ｈ２＜１
であることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載された光学シート。
【請求項９】
前記基材の一方の面に対向する他方の面に、略平坦な平面部と、該平面部から突出する複数の突起部とが設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載された光学シート。
【請求項１０】
前記突起部は、前記基材の厚み方向と平行する方向に延在する中心軸を有する略円柱状に形成されていることを特徴とする請求項９に記載された光学シート。
【請求項１１】
光源と、
請求項１乃至１０のいずれかに記載された前記光学シートと、
が配置されたことを特徴とするバックライト・ユニット。
【請求項１２】
光源と、
前記光源からの射出光を透過すると共に該射出光の入射側に偏光子を配設させた画像表示素子と、
前記光源と偏光子の間に設けられている請求項１乃至１０のいずれかに記載された前記光学シートと、
が配置されたことを特徴とするディスプレイ装置。
【請求項１３】
前記第１レンズの延在方向と、
前記偏光子の透過軸とのなす角θ３が、
６０ｄｅｇ≦θ３≦９０ｄｅｇ
であることを特徴とする請求項１２に記載されたディスプレイ装置。
【請求項１４】
前記光学シートと前記光源の間に、光を拡散させる光拡散板が設けられたことを特徴とする請求項１２または１３に記載されたディスプレイ装置。
【請求項１５】
前記光学シートと前記光源の間に、光を導光する導光板が設けられたことを特徴とする請求項１２乃至１４のいずれかに記載されたディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明光路制御に用いられて光を集光及び／または拡散する集光拡散シートやレンズシート等を含む光学シートに関するものであり、更にこの光学シートを用いて液晶パネル等の画像表示素子を背面側から照明するバックライト・ユニット、そしてこのバックライト・ユニットを備えたディスプレイ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近の大型液晶テレビやフラットディスプレイパネル等の液晶ディスプレイ装置においては、複数本の冷陰極管やＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を光源として配置した直下型方式のバックライト・ユニットが採用されている。そして、液晶パネル等の画像表示素子と光源との間に光散乱性の強い拡散板が用いられ、光源としての冷陰極管やＬＥＤなどが視認されないようにしている。
拡散板は、光拡散効果により光を全方位に拡散するため、光の拡散によって液晶ディスプレイ装置の透過画像を暗くする。また、拡散板は光散乱性を高めると共に拡散板の上に配設された光学シートを支持するために通常１〜５ｍｍ程度の板厚を必要とするから、拡散板に入射する光は少なからず吸収され、液晶ディスプレイ装置の透過画面が暗くなる。
【０００３】
従来、直下型方式バックライトに使用される拡散板は、光源である冷陰極管から出射される光を拡散させ、輝度ムラ（ランプイメージ）を低減させるようにしている。従って、通常、拡散板の上には観察者方向の輝度を向上させるために、単一または複数の光学フィルムが配置される。
液晶表示画面の輝度を向上させる手段として、米国３Ｍ社の登録商標である輝度向上フィルム「ＢＥＦ」（Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｆｉｌｍ）がレンズシートとして広く使用されている。
図１７乃至図１９は下記特許文献１、２に記載された輝度向上フィルムを示すものである。図１７に示す液晶ディスプレイ装置１００は、概略で光源１０１と、光源１０１から出射した光を入射させる輝度向上フィルム１０２と、液晶パネル１０３とが配設されている。図１８に示すように、輝度向上フィルム１０２は透明基材１０４上に断面三角形状の単位プリズム１０５が一方向に複数配列されてなる光学フィルムである。この単位プリズム１０５は光の波長に比較して大きいサイズ（ピッチ）に構成されている。
【０００４】
輝度向上フィルム１０２は“軸外（ｏｆｆ-ａｘｉｓ）”からの光を集光し、この光を観察者に向けて“軸上（ｏｎ-ａｘｉｓ）”に方向転換（ｒｅｄｉｒｅｃｔ）または“リサイクル（ｒｅｃｙｃｌｅ）”させることができる。すなわち輝度向上フィルム１０２は、液晶ディスプレイ装置１００の使用時（観察時）に、軸外輝度を低下させることによって軸上輝度を増大させることができる。ここで言う「軸上」とは、図１７において観察者の視野方向Ｆに一致する方向であり、一般的には液晶パネル１０３のディスプレイ画面に対する法線方向側である。
【０００５】
輝度向上フィルム１０２に代表されるレンズシートを用いる際に、透明基材上に拡散フィラーが塗布されていて拡散と集光の両方の機能を持つ拡散フィルムを、拡散板とレンズシートとの間に配置することによって、拡散板から出射される拡散光を効率よく集光することができる。しかも、この輝度向上フィルムは拡散板だけでは消しきれない光源の視認性（ランプイメージ）を抑えることができる。
さらにまた、特許文献２に記載されたディスプレイ装置では、プリズムを一方向に配列したレンズシートと液晶パネルとの間に光拡散フィルムを配置すると共に、レンズシートの光入射面に透明な凸状ドットを形成したことで、輝度を増強できるとともに規則的に配列されたプリズムレンズと液晶画素との間に生じるモアレ干渉縞を防ぐことができる。
【０００６】
上述した輝度向上フィルム１０２に代表されるレンズシートはプリズムの反復的アレイ構造を有する輝度制御部材を構成しており、このレンズシートを光源と液晶パネルとの間に配設したディスプレイ装置として、下記特許文献１及び２に例示されるように多数のものが知られている。輝度向上フィルム１０２の採用により、ディスプレイ装置の電力消費を低減させつつ所望の軸上輝度を達成することができるようになった。
輝度向上フィルム１０２を輝度制御部材として用いた光学シートでは、光源からの光が屈折作用によって最終的には制御された角度で出射面から出射されることによって、観察者の視覚方向の光の強度を高めるように制御することができる。
一方で、最近では特許文献３に示すような、マイクロレンズシートの採用が増え始めている。特許文献３で示されるマイクロレンズシートは、透明基材上に略半球状のマイクロレンズが不規則的に配置された光学シートであり、上述のように輝度向上フィルム１０２のようなプリズムシートで生じるサイドローブ、モアレ干渉縞といった問題が生じない。その視覚特性は表面拡散シートの視覚特性に近く、表面拡散シートよりも正面輝度が高い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−１０２５０６号公報
【特許文献２】特表平１０−５０６５００号公報
【特許文献３】特開２００６−３０１５８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１及び２に記載されたような輝度向上フィルム１０２を用いた場合には、同時に反射／屈折作用による光成分が、観察者の視覚方向Ｆに進むことなく光路から外れた方向に無駄に出射されてしまう場合がある。図１９に示す観察者の視野方向に対する角度における光強度分布図において、破線Ｂは輝度向上フィルム１０５の光強度分布を示すものである。この場合、視野方向Ｆに対する角度０°（軸上方向にあたる）における光強度が最も高いが、視野方向Ｆに対する角度±９０°近辺には小さな光強度ピーク（サイドローブ）が発生する。このサイドローブは視野方向の光路から外れて横方向に無駄に出射される。この様なサイドローブの光強度ピークを有する輝度分布は望ましくはなく、角度±９０°近辺での光強度ピークのない実線Ａで示すような滑らかな輝度分布を得られることが望ましい。
【０００９】
また、軸上輝度のみが過度に向上すると、輝度分布の曲線のピーク幅が著しく狭くなり、視域が極端に限定されるため、ピーク幅を適度に拡げるために、また周期構造であるプリズムと画素との間に生じるモアレ干渉縞を消すために、上述のようにプリズムシートとは別部材の光拡散フィルムを新たに併用する必要があり、部材数の増加を伴ってしまうという問題がある。
また、特許文献３に記載されたようなマイクロレンズシートは、プリズムシートに比べると輝度が低いため、高輝度が求められるバックライト・ユニットやディスプレイ装置に使用することは難しかった。
【００１０】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、入射光を効率的に集光することで出射光の輝度を向上させ、しかもサイドローブ及びモアレ干渉縞がほとんど生じないようにした光学シートと、この光学シートを備えたバックライト・ユニット及びディスプレイ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を提案している。
すなわち、本発明による光学シートは、シート状の基材と、基材の一方の面に一方向に沿って延在する集光機能の高い複数の第１レンズが互いに平行に配列されてなる第１レンズアレイと、第１レンズより高さが高く偏光依存性が小さい複数の第２レンズが配設されてなる第２レンズアレイとを備えており、第１レンズと前記第２レンズは互いに射出光成分が異なることを特徴とする。
本発明による光学シートによれば、基材の一方の面に第１レンズアレイと第２レンズアレイが設けられているから、第１レンズによって高い輝度を確保すると共に、第２レンズによってほぼ等方的な集光機能を発揮することでサイドローブとモアレ干渉縞を抑制して入射光に集光と拡散機能に優れた光学特性を賦与して出射させることができる。
【００１２】
また、第１レンズの断面形状が、三角形プリズム形状であることを特徴とする。
第１レンズが三角形プリズム形状を有することで入射光の集光機能を高めて輝度を向上できる。
また、第１レンズの三角形プリズムの頂角（θ１）が７０度〜１１０度の範囲で設定されていることが好ましい。
第１レンズの頂角（θ１）を７０度〜１１０度の範囲に設定することで、第１レンズの相対輝度をピーク値に対して９０％以上の範囲に保持することができて高い輝度を確保できる。
【００１３】
また、第２レンズは略球面形状をなすマイクロレンズであることを特徴とする。
第２レンズがマイクロレンズ形状を有することで、光を等方的に集光・散乱させると共に光学特性の偏光依存性を解消することができる。そのため、サイドローブやモアレ干渉縞を抑制した光学特性を賦与できる。第２レンズは規則的にまたはランダムに配設することができる。
第２レンズは、その直径（Ｐ２）に対する高さ（Ｈ２）のアスペクト比（Ｈ２／Ｐ２）が３０％〜１００％の範囲で設定されていることが好ましい。
第２レンズの直径と高さのアスペクト比を３０〜１００％の範囲に設定することで、相対輝度をピーク値に対して９０％以上の範囲に保持することができて高い輝度を確保できる。
【００１４】
また、基材の一方の面における第２レンズの占有率（Ｓ）が、平面視で１０％〜８０％の範囲に設定されていることが好ましい。
基材に対する第２レンズの面積率（Ｓ）を１０％〜８０％の範囲の設定したことで第１レンズより輝度の低い第２レンズの相対輝度をバランス良く確保できる。しかも、垂直方向半値角と水平方向半値角のバランスをとって各視野範囲を確保すると共に、第２レンズ同士の重なりを防いで、比較的高さの低い第１レンズの擦過を抑制して光学シートの耐擦過性を向上できる。
【００１５】
また、第１レンズのピッチをＰ１とし、第２レンズのピッチをＰ２として、
１＜Ｐ２／Ｐ１＜７
であることを特徴とする。
ピッチ比Ｐ２／Ｐ１が上記範囲内であれば、第１レンズによるサイドローブを抑制して観察画面が暗くなるのを抑制できると共に高い相対輝度を確保できる。一方、ピッチ比Ｐ２／Ｐ１が１以下であるとサイドローブ抑制機能が低減し第１レンズの耐擦過性も低下する。また、ピッチ比Ｐ２／Ｐ１が７以上になっても相対輝度はそれ以上向上しない。
また、第１レンズのレンズ高さをＨ１とし、第２レンズのレンズ高さをＨ２として、
０．１＜Ｈ１／Ｈ２＜１
であることが好ましい。
高さ比Ｈ１／Ｈ２が上記範囲内であれば、第１レンズによる集光機能を高く保持できる。しかし、高さ比Ｈ１／Ｈ２が０．１未満であると第１レンズのピッチが小さくなりすぎて回折光を発生する不具合があり、１を超えると第１レンズによる輝度向上機能及び集光機能が低下し、第２レンズによる耐擦過性がなくなってしまう。
【００１６】
また、基材の一方の面に対向する他方の面に、略平坦な平面部と、該平面部から突出する複数の突起部とが設けられていてもよい。
しかも、突起部は、基材の厚み方向と平行する方向に延在する中心軸を有する円柱状に形成されていてもよい。
これにより、賦形性及び金型剥離性が良い突起部を光学シートの入射面に形成することで、内部に拡散粒子を含有する場合においても、輝度低下の生じない光学シートを得られる。
また、突起部は、基材の厚み方向と平行する方向に延在する中心軸を有する略円柱状に形成されていてもよい。
光学シートの入射面に突起部を設けることによって、光学シートの下方にある拡散板や別の光学シートとの接触面積を減らすことができて、周囲環境の変化に起因する光学シートの伸縮を抑えて、しわが発生するのを防止できる。また、光学シートの入射面の摩擦性を減少させ且つ拡散板等との密着性を低下させることで、しわが発生してもすぐに解消させることができる。
【００１７】
本発明によるバックライト・ユニットは、光源と、上述したいずれかに記載された光学シートとが配置されたことを特徴とする。
本発明によれば、光源から出射する光が上述した光学シートを透過することで、光学シートの基材に集光特性の高い第１レンズアレイと偏光依存性の小さい第２レンズを規則的またはランダムに配設した第２レンズアレイとを組み合わせたことで、第１レンズアレイによって出射光の輝度を向上させると共に第２レンズアレイによって偏光依存性を改善してサイドローブ及びモアレ干渉縞がほとんど生じないようにし、入射光を集光及び／または拡散させて出射させた光学特性を発揮できる。
また、第２レンズに対する第１レンズの高さを低く設定したことで、拡散板等の他の光学素子に対して第１レンズを保護できる。
【００１８】
本発明によるディスプレイ装置は、光源と、光源からの射出光を透過すると共に射出光の入射側に偏光子を配設させた画像表示素子と、光源と偏光子の間に設けられていて上述したいずれかの光学シートと、が配置されたことを特徴とする。
本発明によるディスプレイ装置によれば、光学シートに第１レンズアレイと第２レンズアレイが設けられているから、第１レンズによって高い輝度を確保すると共に第２レンズによって偏光依存性を改善してほぼ等方的な集光機能を発揮することでサイドローブとモアレ干渉縞を抑制し、入射光に集光と拡散機能に優れた光学特性を賦与して出射させることができる。そのため、画像表示素子を通して画像を観察することで、高い輝度が得られると共にサイドローブやモアレ干渉縞を抑制でき、水平方向と垂直方向の半値角を広げて広い視野角を確保できる。
【００１９】
また、本発明によるディスプレイ装置は、第１レンズの延在方向と偏光子の透過軸とのなす角度θ３が、
６０ｄｅｇ≦θ３≦９０ｄｅｇ
であることを特徴とする。
本発明によれば、第１レンズの延在方向と偏光子の透過軸とのなす角度θ３が６０ｄｅｇ〜９０ｄｅｇの範囲に設定されているから、平行に配設した場合と比較して高い相対輝度を確保できる。しかも、第２レンズの面積率との関係で水平方向と垂直方向の視野角をバランスさせて拡大できる。
【００２０】
また、光学シートと光源の間に、光を拡散させる光拡散板が設けられていてもよく、光源から光拡散板に入射する光を散乱させることでより均等な輝度分布が得られる上に光源の像を視認できないように調整できる。
また、光学シートと光源の間に、光を導光する導光板が設けられていてもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明による光学シートによれば、基材の一方の面に集光特性の高い第１レンズと偏光依存性の小さい第２レンズを組み合わせると共にマイクロレンズに対する第１レンズの高さを低く設定したことで、入射光を集光及び／または拡散させて出射させて出射光の輝度を向上させると共に、偏光依存性を抑制してサイドローブ及びモアレ干渉縞がほとんど生じないようにした光学特性を発揮できる。
しかも、第１レンズの高さを第２レンズの高さより小さく設定したから、集光特性の高い光学要素である第１レンズに傷がつくのを防止すると共に第２レンズの高さの低い領域に傷が付くのを抑制できて傷を少なく目立たなくできて高い輝度が得られる。
【００２２】
また、このような光学特性を有する光学シートを備えたバックライト・ユニット及びディスプレイ装置によれば、表示画像の輝度を向上させると共に偏光依存性を抑制して画像にサイドローブやモアレ干渉縞がほとんど生じない光学特性を発揮できるという作用効果を奏する。しかも、第１レンズに傷がつくのを防止すると共に第２レンズの高さの低い領域に傷が付くのを抑制できて傷を少なく目立たなくできて高い輝度で高画質の表示画像が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態によるディスプレイ装置の縦断面模式図である。
【図２】図１に示すディスプレイ装置の光学シートの斜視図である。
【図３】図２に示す光学シートの側面図である。
【図４】（ａ）はプリズムレンズの視野角方向に対する相対輝度の配光特性図、（ｂ）はプリズムレンズを透過する光の正面輝度部分の光線追跡図、（ｃ）はプリズムレンズを透過する光の正面輝度とサイドローブ光との谷間部分の光線追跡図である。
【図５】（ａ）はプリズムレンズの視野角に対する相対輝度を示す配光特性図、（ｂ）はマイクロレンズの視野角に対する相対輝度を示す配光特性図、（ｃ）はレンズシートの視野角に対する相対輝度を示す配光特性図である。
【図６】実施形態によるレンズシートのレンズ軸と液晶ユニットの偏光板の透過軸との交差角を示す要部斜視図である。
【図７】（ａ）はプリズムに対する透過光の光線追跡図、（ｂ）は（ａ）に示すプリズムの頂角に対する偏光成分比の変化を示す図である。
【図８】（ａ）は角度θ３を０ｄｅｇ、９０ｄｅｇとした場合におけるマイクロレンズの面積率に対する相対輝度の変化を示す図、（ｂ）はマイクロレンズの面積率Ｓに対する垂直方向Ｖｅの半値角を示す図、（ｃ）はマイクロレンズの面積率Ｓに対する水平方向Ｈｏの半値角を示す図である。
【図９】（ａ）は角度θ３を０ｄｅｇから９０ｄｅｇに変化させた場合における相対輝度の変化を示す図、（ｂ）はマイクロレンズの面積率Ｓに対する相対輝度の変化を示す図である。
【図１０】レンズシートのプリズムレンズの頂角θ１を変化させたときの相対輝度を示す図である。
【図１１】（ａ）はマイクロレンズのアスペクト比Ｈ２／Ｐ２を変化させたときのレンズシートの相対輝度変化図、（ｂ）はアスペクト比Ｈ２／Ｐ２を変化させたときのレンズシートのＶｅ半値角を示す図、（ｃ）はアスペクト比Ｈ２／Ｐ２を変化させたときのレンズシートのＨｏ半値角を示す図である。
【図１２】（ａ）はマイクロレンズの面積率Ｓを変化させたときのレンズシートの相対輝度を示す図、（ｂ）は同じく面積率Ｓを変化させたときのレンズシートのＶｅ半値角を示す図、（ｃ）は同じく面積率Ｓを変化させたときのレンズシートのＨｏ半値角を示す図である。
【図１３】プリズムレンズのピッチとマイクロレンズのピッチの比を変化させたときのレンズシートの相対輝度を示す図である。
【図１４】プリズムレンズの高さとマイクロレンズの高さの比を変化させたときのレンズシートの相対輝度を示す図である。
【図１５】実施形態によるレンズシートの変形例を示す図である。
【図１６】図１５に示すレンズシートの入射面に形成した突起部の変形例を示す図である。
【図１７】従来技術による輝度向上フィルムを配設したディスプレイ装置の要部縦断面図である。
【図１８】図１７に示す輝度向上フィルムの斜視図である。
【図１９】輝度向上フィルムを透過する光の光強度と視野方向に対する角度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態を添付図面により説明する。
図１に示す本発明の実施形態によるディスプレイ装置１は、バックライト・ユニット２と画像表示素子３とから構成されている。バックライト・ユニット２は、ランプハウスを構成する反射板５内に複数の光源６が配置され、光源６の光出射方向（観察者側方向Ｆ）に入射光を拡散して射出する拡散板７とレンズシート８とが順次配設されている。
光源６から射出された光Ｈは拡散板７で拡散され、その上に配置されたレンズシート８で集光されて、バックライト・ユニット２から射出する。バックライト・ユニット２から出射される光Ｋは画像表示素子３に入射し、観察者側Ｆへと射出される。
【００２５】
光源６は画像表示素子３へ光を出射するものであり、光源６として、例えば複数の線状光源または点光源を用いることができる。線状光源として、例えば複数の蛍光灯、冷陰極管（ＣＣＦＬ）あるいはＥＥＦＬといったランプ光源を用い、点光源としてＬＥＤなどを用いることができる。
反射板５は複数の光源６に対して観察者側Ｆとは反対側に配置されている。反射板５は光源６から全方向に出射された光のうち観察者側Ｆと反対側の方向に出射された光を反射させて観察者側Ｆに出射させる。その結果、観察者側Ｆに出射された光Ｈは、ほぼ光源６から全方向に出射された光となるから、反射板５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５は光を高効率で反射させる部材であればよく、例えば一般的な反射フィルムや反射板などを使用することができる。
【００２６】
図２及び図３において、本発明の実施形態によるレンズシート８は、光透過性のシート状の基材１０の対向するシート面の一方を入射面１０ａ、他方を出射面１０ｂとする。レンズシート８の画像表示素子３側の出射面１０ｂには、例えば一次元方向に延在する略柱状の凸部材として、例えば断面が三角形状のプリズムレンズ１１が全域に同一方向に複数本配列して形成されており、プリズムレンズ１１に重ねて例えば略半球形状のマイクロレンズ１２が分散して複数個配設されている。換言すれば、分散配置されたマイクロレンズ１２の隙間を埋めるようにプリズムレンズ１１が一方向に配列されて形成されている。
ここで、プリズムレンズ１１は第１レンズであり、基材１０の出射面１０ｂに複数配列されたプリズムレンズ１１群を第１レンズアレイ１１Ａという。マイクロレンズ１２は第２レンズであり、出射面１０ｂに分散配置された複数のマイクロレンズ群を第２レンズアレイ１２Ａという。
レンズシート８に形成されるプリズムレンズ１１が一方向の場合、レンズ配列方向側にのみ集光効果が得られる。従って視野の狭い方向と広い方向とが存在することとなる。
【００２７】
本実施形態によるレンズシート８は上述したように基材１０の出射面１０ｂにプリズムレンズ１１とマイクロレンズ１２とが配設されて構成されている。このレンズシート８は、二方向以上の集光機能が存在するため、集光効果が高まる。
二方向以上に集光機能が存在する光学フィルムとして、例えば四角錘に代表される多角錘レンズが挙げられるが、二方向の集光割合を調節するには多角錘の頂角を変える必要がある。四角錘を例に挙げると、最も輝度が高くなる構成は頂角が９０度の四角錘であるが、どちらか一方向の視野範囲を拡げたい又は狭めたいといった場合、頂角を大きくするか、または小さくする必要がある。しかしながら頂角を変えてしまうと輝度が低下してしまうという問題が生じる。
【００２８】
また図４（ａ）は９０度三角プリズムを透過する光の水平方向（Ｈｏ）と垂直方向（Ｖｅ）の視野角方向の輝度分布を示す図である。縦軸に設けた輝度は、プリズムレンズやマイクロレンズのない平坦な基材１０を透過する光の輝度分布を基準とした相対輝度を表している。
図４（ａ）において、９０度三角プリズムは正面方向に集光するため、０度に最大ピークの相対輝度を有するが、サイドローブが生じ、±４５度付近に谷間Ｖａが生じる。サイドローブはディスプレイ装置１として不要な方向への射出光であるが、サイドローブ自体がディスプレイ装置１を観察する上で問題となるのではなく、視野角０度のメインピークに対してサイドローブとの谷間Ｖａの輝度が低いことが問題となる。谷間Ｖａの角度からディスプレイ装置１を観察すると、画面が暗くなってしまうためである。従って、サイドローブを低減させてもこの谷間Ｖａの輝度が低すぎる場合、ディスプレイ装置１として望ましくない。
【００２９】
図４（ｂ）はレンズシート８のプリズムレンズ１１である一つの単位三角プリズムから正面方向（０度）に出る光線を示す光線追跡図である。これよりプリズムレンズ１１の全面から光線が出射することが分かる。一方、図４（ｃ）に示しているのは図４（ｂ）と同じプリズムレンズ１１における単位三角プリズムの正面方向ではなく垂直斜め方向近辺（６０度〜９０度の領域）に出射する光を示す。これより図４（ｃ）の単位三角プリズムにおいて、斜め方向に入射する光線は単位三角プリズムの頂点付近３０２からしか出射しないことが分かる。
そのため、レンズシート８から出射する光全体の輝度分布において光のロスになるサイドローブと呼ばれる部分はレンズシート８における各単位三角プリズムの頂点付近から出射される光である。
【００３０】
次に、図５（ａ）にプリズムレンズ１１の視野角方向の輝度分布を示し、図５（ｂ）にマイクロレンズ１２の視野角方向の輝度分布を示している。プリズムレンズ１１は一方向の集光効果しか有さないので、図５（ａ）に示すように水平方向Ｈｏと垂直方向Ｖｅとで輝度分布に差異を生じ、垂直方向Ｖｅではサイドローブを発生する。
これに対し、マイクロレンズ１２は、一方向の集光効果しか有さない三角プリズムとは対照的に、等方的な集光効果を有するため、図５（ｂ）に示すように水平方向と垂直方向の配光特性が等しい分布となる。また、プリズムレンズ１１はサイドローブが発生するが、マイクロレンズは略半球状の形状であるためサイドローブは発生せず、どの方向から視認しても均一な画像を表示することが可能となる。しかし、等方的な配光分布を示す一方、最大輝度は三角プリズムに劣るという欠点がある。
【００３１】
図５（ｃ）はレンズシート８の視野角方向の輝度分布を示す。レンズシート８は、第１レンズアレイ１１Ａが三角プリズムからなるプリズムレンズ１１であり、第２レンズアレイ１２Ａがマイクロレンズ１２である複合形状である。すなわち、図５（ａ）に示す集光効果の高いプリズムレンズ１１と図５（ｂ）に示すサイドローブが発生しないマイクロレンズ１２の視野角分布とが合成された視野分布特性を得られる。
また、図３において、プリズムレンズ１１のレンズピッチをＰ１とし、マイクロレンズ１２のレンズピッチをＰ２とした場合、両者の比Ｐ２／Ｐ１、基材１０の出射面１０ｂの面積に対する複数のマイクロレンズ１２からなる第２レンズアレイ１２Ａの総和の面積の割合である面積率Ｓ、アスペクト比を変更することで、視野角方向の輝度分布および輝度の調整が可能である。
【００３２】
本実施形態によるディスプレイ装置１は、光源６から射出された光が拡散板７とレンズシート８を経て射出光Ｋとして射出される。この射出光Ｋが画像表示素子３に入射し、画像が観察者側Ｆへ射出される。
画像表示素子３は、図１に示すように、１組の偏光板（偏光フィルム；偏光子）１４、１５と、その間に挟持された液晶パネル１６とで構成されている。液晶パネル１６は、例えば２枚のガラス基板の間に液晶層が充填されて構成されている。
画像表示素子３は、画素単位で光を透過／遮光して画像を表示する素子であることが好ましい。画素単位で光を透過／遮光して画像を表示するものであれば、レンズシート８により観察者側Ｆへの輝度が向上され、光強度の視角度依存性が低減される。さらに、ランプイメージが低減された光を有効に利用して、画像品位の高い画像を表示させることができる。画像表示素子３は液晶表示素子であることが好ましい。液晶表示素子は、画素単位で光を透過／遮光して画像を表示する代表的な素子であり、他の表示素子に比べて、画像品位を高くすることができるとともに、製造コストを低減することができる。
【００３３】
画像表示素子３は、射出光Ｋが入射する側の偏光板１４で一方の偏光成分のみを透過して液晶パネル１６へと入射させると共に他方の偏光成分は吸収する。液晶パネル１６の内部では、入射した光が液晶分子により位相を回転させながら進行し、観察者側の偏光板１５から一方の偏光成分に偏光分離され射出光として観察者側Ｆへ射出される。ディスプレイ装置１において、観察者側Ｆへ透過する光量が多いほど表示品位は向上し、さらには省エネへの効果も得られる。
【００３４】
しかし、偏光板１４で偏光分離される際、光源６から射出した光のうち他方の偏光成分すなわち射出光の半分以上が吸収されてしまう。そこで、レンズシート８からの射出光成分のうち、偏光板１４を透過する偏光成分が多くなるようレンズシート８の形状とレンズ軸及び偏光板１４の透過軸との配置を最適化することにより、表示品位の優れたバックライト・ユニット２を得ることが可能である。
このようなレンズシート８の形状とレンズ軸及び偏光板１４の透過軸との配置が図６に示されている。図６は、レンズシート８と画像表示素子３のレンズシート８側の偏光板１４とを示す模式斜視図である。レンズシート８において複数のプリズムレンズ１１が延在する方向をレンズ軸Ａ１とし、光入射側の偏光板１４において入射光を透過する方向を透過軸Ａ２とし、レンズ軸Ａ１と透過軸Ａ２とのなす角度をθ３とする。
【００３５】
レンズシート８について更に詳述する。
図７（ａ）は表面に頂角θ４の断面三角形からなるプリズムＰが多数連続して配列されたプリズムシート１９を図１に示すバックライト・ユニット２のランプハウスである反射板５の出射面側に配設した構成において、プリズムシート１９を透過する光の経路を模式的に示している。
プリズムシート１９の上面側のプリズム形成面は光出射面１９ｂとされ、下面側の平坦面は光入射面１９ａとされている。図７（ａ）において、ｘ軸はプリズムＰの延在方向、ｙ軸はプリズムＰの配列方向、ｚ軸はプリズムシート１９の厚み方向をそれぞれ示している。光源６から射出した光であるバックライト光ＨはプリズムＰ延在方向に振動する偏光成分Ｈａとプリズム配列方向に振動する偏光成分Ｈｂとを有している。
【００３６】
図７（ａ）を参照して、プリズムシート１９の光入射面１９ａに対して斜め方向から入射角θａで入射したバックライト光Ｈは、プリズムＰの延在方向と配列方向とで、偏光成分Ｈａと偏光成分Ｈｂが互いに異なる屈折角ｒａ、ｒｂで光入射面１９ａから入射し、互いに異なる出射角φａ、φｂでプリズムＰの斜面からなる出射面１９ｂから出射する。このとき、偏光成分Ｈａの出射角φａよりも偏光成分Ｈｂの出射角φｂの方が小さい（φａ＞φｂ）。
上述の例においては、バックライト光Ｈの両偏光成分Ｈａ，Ｈｂのいずれもが、プリズムシート１９の光出射面（プリズム形成面）１９ｂから出射されることになる。プリズムシート１９の光入射面１９ａ及び光出射面１９ｂといった界面において、プリズムＰの延在方向とプリズムＰの配列方向とで各方向に振動する偏光成分は、互いに異なる反射率で反射される。すなわち、この例では、プリズムＰの延在方向に振動する偏光成分Ｈａの方が、他方の偏光成分Ｈｂに比べて反射量が大きい。その結果、このプリズムシート１９を透過するバックライト光Ｈは、偏光成分Ｈａよりも偏光成分Ｈｂの方が光量的に多いことになる。
【００３７】
また、プリズム斜面である光出射面１９ｂから出射する各偏光成分Ｈａ，Ｈｂの出射角は、φａ＞φｂの関係となるので、プリズムシート１９へ入射するバックライト光Ｈの入射角θａがある条件を満たすと、偏光成分Ｈａが光出射面１９ｂで全反射を繰り返して戻り光となり、偏光成分Ｈｂのみがプリズムシート１９を透過する完全な偏光分離状態を実現することができる。
【００３８】
なお、このプリズムシート１９に対するバックライト光Ｈの入射角が小さくなり過ぎると、バックライト光Ｈがプリズムシート１９の光入射面１９ａに対して垂直に入射する場合と変わらなくなる。この場合、図７（ａ）に示すように、バックライト光Ｈは偏光状態に関係なく、プリズムＰのプリズム斜面である光出射面１９ｂにおいて全反射を繰り返して、バックライト・ユニット２側へ戻る戻り光となる。
バックライト・ユニット２側に戻された戻り光は、拡散板７の拡散効果や反射板５での反射によって偏光解消され、無偏光となった状態で再度プリズムシート１９に入射される。これを繰り返すことで、最終的にもプリズムＰの延在方向と平行な偏光成分ＨａよりもプリズムＰの延在方向と垂直な偏光成分Ｈｂの光量が多くなる。
【００３９】
図７（ｂ）において、プリズムシート１９の屈折率を１．８５とし、光出射面１９ｂに形成されたプリズムＰの頂角θ４を変化させたときの射出光の偏光成分比Ｈｂ／Ｈａを示す。
図７（ｂ）においてＸ軸はプリズムＰの頂角θ４である。プリズムＰの頂角θ４が９０度より小さくなるほど射出光の偏光成分比Ｈｂ／Ｈａは大きくなり、４０度付近でその差は最大となる。これは屈折率１．８５のブリュースター角によるものと考えられる。また、９０度以上では射出光の偏光成分Ｈｂ、Ｈａの反射率は同等であるため、射出光の偏光成分比Ｈｂ／Ｈａも一定となっている。
【００４０】
図８（ａ）は、レンズシート８のレンズ軸Ａ１と偏光板１４の透過軸Ａ２とのなす角θ３を０ｄｅｇと９０ｄｅｇとに設定して、基材１０の出射面１０ｂの面積に対するプリズムレンズ１２の総和の面積の比である面積率Ｓを変化させたときのレンズシート８の相対輝度を示す図である。なお、相対輝度は９０度三角プリズムであるプリズムレンズ１１のレンズ軸Ａ１と偏光板１４の透過軸Ａ２とを平行に配列してマイクロレンズ１２の面積率Ｓ＝０のときの輝度を１．０として示している。
図８（ａ）において、角度θ３が０ｄｅｇと９０ｄｅｇのいずれの場合でも、第２レンズアレイ１２Ａの面積率Ｓが大きくなると相対的に第１レンズアレイ１１Ａの面積が低下することになり、相対輝度は低下する。しかも角度θ３が０ｄｅｇと９０ｄｅｇの場合との相対輝度の差は互いに狭くなる。また、角度θ３が９０ｄｅｇの方が０ｄｅｇよりも比較的相対輝度は高い。
【００４１】
また、図８（ｂ）、（ｃ）は角度θ３を０ｄｅｇと９０ｄｅｇとに設定し、プリズムレンズ１２の総和の面積率Ｓをｘ軸にとって、面積率Ｓを変化させた場合における垂直方向Ｖｅの半値角と水平方向Ｈｏの半値角を示した図である。ここで半値角とは、０度方向（観察者側Ｆ）の輝度を１００％としたとき、その輝度が５０％となる視野角度を表す。
本測定においては、偏光板１４の透過軸Ａ２に平行な方向を水平方向Ｈｏ、透過軸Ａ２に直交する方向を垂直方向Ｖｅとして、いずれかの方向ＨｏまたはＶｅを選択して設定するようにレンズシート８と偏光板１４を配置した。
図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において、任意のある面積率Ｓにおいて、プリズムレンズ１１のレンズ軸Ａ１と偏光板１４の透過軸Ａ２のなす角度θ３が９０ｄｅｇのとき、角度θ３が０ｄｅｇの場合と比較して、相対輝度とＶe半値角は高く、Ho半値角は小さくなる。
またプリズムレンズ１２の面積率Ｓが上昇するに従って角度θ３が０ｄｅｇ、９０ｄｅｇの場合の各Ｖｅ、Ｈｏ半値角の差は次第に狭くなる。これは、面積率Ｓが上昇するに従い、レンズシート８において透過光の偏光依存性の少ないマイクロレンズ１２の占有する割合が大きくなるためである。
【００４２】
図９（ａ）は、プリズムレンズ１１のレンズ軸Ａ１と偏光板１４の透過軸Ａ２とのなす角度θ３について、０ｄｅｇの輝度を基準として、角度θ３を０ｄｅｇから９０ｄｅｇの範囲で変化させたときの相対輝度を示す図である。角度θ３が大きくなるほど相対輝度は上昇する。これはプリズムレンズ１１に入射した光のうち、プリズムレンズ１１を透過する光の成分は、レンズ軸Ａ１に直交する偏光成分の方が平行する偏光成分よりも多いためである。
また、角度θ３は、相対輝度の低下が２０％以内の範囲に設定することが望ましい。相対輝度が２０％以上低下すると画面が暗くなり、表示品位が低下するためである。すなわち、レンズシート８のレンズ軸Ａ１と偏光板１４の透過軸Ａ２のなす角度θ３は、９０度の相対輝度が最大値であるから、６０度以上９０度以下であることが望ましい。
図９（ｂ）は、第２レンズアレイ１２Ａの面積率Ｓと、角度θ３が９０ｄｅｇのときの輝度を角度θ３が０ｄｅｇのときの輝度で割った相対輝度との関係を示す図である。第２レンズアレイ１２Ａの面積率Ｓが上昇するにつれて角度θ３の偏光依存性が小さくなる。これは、一方向にしか集光効果のないプリズムレンズ１１に対して等方的な集光効果を有するマイクロレンズ１２を配列することにより、面積率Ｓの割合によってレンズシート８の偏光依存性を低減または解消することが可能であることを示している。
【００４３】
図１０は、プリズムレンズ１１の頂角θ１を変化させたときの、レンズシート８の相対輝度を示した図である。
プリズムレンズ１１の頂角θ１は、頂角θ１＝９０度のときの輝度を１として−１０％以内の相対輝度を有することが望ましい。相対輝度が１０％以上低下すると画面が暗くなり、表示品位が低下するためである。そのため、プリズムレンズ１１の頂角θ１は図１０による７０度から１１０度の範囲とし、好ましくは８０度から１００度の範囲内であるものとする。
【００４４】
図１１（ａ）は、マイクロレンズ１２のアスペクト比を変化させたときの、レンズシート８の相対輝度を示した図である。なお、この相対輝度は９０度三角プリズムであるプリズムレンズ１１のレンズ軸Ａ１と偏光板１４の透過軸Ａ２とを平行に配列してマイクロレンズ１２の面積率Ｓ＝０のときの輝度を１．０として示している。図１１（ｂ）、（ｃ）は、第２レンズ１２のアスペクト比を変化させたときの、レンズシート８のＶｅ、Ｈｏ半値角の視野角特性を示す図である。アスペクト比とは、マイクロレンズ１２の直径をＰ２、マイクロレンズ１２の高さをＨ２としたときの比Ｈ２／Ｐ２である（図３参照）。
図１１（ａ）において、レンズシート８の相対輝度は、第２レンズアレイ１２Ａにおける各マイクロレンズ１２のアスペクト比Ｈ２／Ｐ２が、０．６から０．７の範囲ときに最大値となる。これは、マイクロレンズ１２単体の輝度がアスペクト比０．６で最大となるためである。第２レンズアレイ１２Ａのアスペクト比Ｈ２／Ｐ２は、相対輝度で−１０％の範囲内であることが望ましい。相対輝度が１０％以上低下すると画面が暗くなり、表示品位が低下するためである。そのため、第２レンズアレイ１２Ａのアスペクト比Ｈ２／Ｐ２は、０．３から１．０の範囲であればよく、好ましくは０．４〜０．９の範囲であることが望ましい。
【００４５】
図１２は、レンズシート８における第１レンズアレイ１１Ａを占有するマイクロレンズ１２の平面視における割合である面積率Ｓを変化させたときの、レンズシート８の相対輝度、視野角特性を示した図である。
図１２（ａ）に示すレンズシート８の相対輝度は、面積率Ｓが増加するにつれて減少する。図１２（ｂ）に示すＶｅ半値角は面積率Ｓの増加に伴い上昇する一方で、図１２（ｃ）に示すＨｏ半値角は面積率Ｓの増加に伴い減少する。これは、プリズムレンズ１１に対してマイクロレンズ１２の相対輝度が低く、Ｖｅ半値角が広く、Ｈｏ半値角が狭いためである。
基材１０の表面に複数のマイクロレンズ１２を敷き詰めたマイクロレンズシートは、単位マイクロレンズ１２を互いに接触するように最密にデルタ配置した際の面積率Ｓが９０．７％となる。ここで、最密とはマイクロレンズ１２の直径と配列ピッチが等しい構成を示すものであり、マイクロレンズシートにおいてマイクロレンズ１２の直径が変わっても最密デルタ配置では面積率に変化はない。
【００４６】
しかしながら、１μｍの狂いも無くマイクロレンズ１２を最密配列することは技術的に難しく、隣り合うマイクロレンズ１２、１２同士が重なってしまう不具合が生じる。そこでマイクロレンズ１２を基材１１の出射面１１ｂに最密配列する場合でも、配列ピッチに対してマイクロレンズ１２の径Ｐ２を設計値（理想値）の９０％以下程度に収めることで、上述のようなマイクロレンズ１２が重なり合う構成となることを防止することができる。従って、一般的なマイクロレンズシートにおける、面積率Ｓは８０％以下であることが望ましい。
また、図３に示すように、プリズムレンズ１１のレンズ高さＨ１よりもマイクロレンズ１２のレンズ高さＨ２を高くすることにより、プリズムレンズ１１の耐擦性を向上させることが可能である。このとき面積率Ｓが１０％以下になると耐擦性が低下するため、面積率Ｓは１０％以上であることが望ましい。
【００４７】
図１３は、第１レンズアレイ１１Ａにおける各プリズムレンズ１１のピッチＰ１と第２レンズアレイ１２Ａにおける各マイクロレンズ１２のピッチＰ２との比Ｐ２／Ｐ１を変化させたときの相対輝度を示すものである。プリズムレンズ１１のピッチＰ１とマイクロレンズ１２のピッチＰ２の比Ｐ２／Ｐ１が大きくなるに従い、相対輝度は上昇する。ピッチ比Ｐ２／Ｐ１が大きくなるに従い、レンズシート８を占有するプリズムレンズ１１の表面積が減少するため、プリズムレンズ１１の集光効果が高くなり相対輝度が上昇する。ピッチ比Ｐ２／Ｐ１は、１以下であるとプリズムレンズ１１のレンズ高さＨ１よりもマイクロレンズ１２のレンズ高さＨ２の方が小さくなるため、１より大きいことが望ましい。更には、相対輝度変化は、ピッチ比Ｐ２／Ｐ１が７以上で飽和するため７未満であることが望ましい。
【００４８】
図１４は、第１レンズアレイ１１Ａの高さＨ１と第２レンズアレイ１２Ａの高さＨ２の比Ｈ１／Ｈ２を変化させたときの相対輝度を示したものである。
第１レンズアレイ１１Ａの高さＨ１と第２レンズアレイ１２の高さＨ２の比Ｈ１／Ｈ２が大きくなるに従い、相対輝度は減少する。これは、第１レンズアレイ１１Ａの高さＨ１と第２レンズアレイ１２Ａの高さＨ２の比Ｈ１／Ｈ２が大きくなるに従い、プリズムレンズ１１の集光効果が減少するためである。高さ比Ｈ１／Ｈ２が１より大きくなると、マイクロレンズ１２のレンズ高さＨ２よりも、プリズムレンズ１１のレンズ高さＨ１が大きくなるため、１未満であることが望ましい。更に、高さ比Ｈ１／Ｈ２が０．１より小さくなると、プリズムレンズ１１のピッチＰ１が細かくなりすぎ、回折光が発生するため０．１より大きいことが望ましい。
【００４９】
上述の構成を備えた本実施形態によるレンズシート８及びこれを備えたディスプレイ装置１による画像表示素子３の観察方法について次に説明する。
図１において、バックライト・ユニット２内の光源６から出射した光は観察者Ｆ方向に出射し、一部の光が背面の反射板５方向に向かうとしても反射板５で反射して結局観察者Ｆ方向へ向かうことになる。そして、光源６から観察者Ｆ方向に向かう出射光は拡散板７で拡散されて光源６の像が視認できないほぼ均一な光として出射して、レンズシート８の入射面に入射する。
レンズシート８では、入射面１０ａから入射して出射面１０ｂから出射する光について、第１レンズアレイ１１Ａにおける三角プリズム形状の各プリズムレンズ１１から出射する光は、図５（ａ）に示すように、中央（視野方向０度付近）の視野方向では高い輝度を発揮するが、周辺の視野方向角度ではサイドローブやモアレ干渉縞を生じ易い欠点がある。
【００５０】
プリズムレンズ１１は一方向の集光効果しか有さないので、図５（ａ）に示すように水平方向Ｈｏと垂直方向Ｖｅとで輝度分布に差異を生じ、垂直方向Ｖｅではサイドローブを発生する。サイドローブの谷間付近では輝度が低いために谷間の角度からディスプレイ装置１を観察すると、画面が暗くなってしまう。
一方、第２レンズアレイ１２Ａにおけるマイクロレンズ１２では、等方的な配光分布を示す一方、最大輝度は三角プリズムであるプリズムレンズ１１に劣るという欠点がある。マイクロレンズ１２は、図５（ｂ）に示すように、プリズムレンズ１１とは対照的に、等方的な集光効果を有するため水平方向と垂直方向の配光特性が等しい分布となる。また、マイクロレンズ１２は略半球状の形状であるためサイドローブは発生せず、どの方向から視認しても均一な画像を表示する。
【００５１】
本実施形態によるレンズシート８では、プリズムレンズ１１とマイクロレンズ１２とで組み合わされた第１レンズアレイ１１Ａと第２レンズアレイ１２Ａからなる複合形状である。そのため、図５（ｃ）に示すように、図５（ａ）に示す集光効果の高いプリズムレンズ１１と図５（ｂ）に示すサイドローブが発生しないマイクロレンズ１２との視野角分布が合成され、輝度が高く且つサイドローブとモアレ干渉縞を抑制させた視野分布特性を得られる。
しかも、プリズムレンズ１１とマイクロレンズ１２のレンズピッチの比Ｐ２／Ｐ１、基材１０の出射面１０ｂの面積に対する複数のマイクロレンズ１２の総和の面積の面積率Ｓ、アスペクト比Ｐ２／Ｐ１、Ｈ１／Ｈ２を調整することで、水平方向と垂直方向の相対輝度をバランスさせて視野角方向の輝度分布および輝度の調整を行うことができる。
【００５２】
このようにして、レンズシート８を通してバックライト・ユニット２から出射された光Ｋは、偏光板１４を介して液晶ユニット１６に入射され、更に偏光板１５を介して観察者側Ｆに出射される。
そして、観察者Ｆ側で観察される画像は、バックライト・ユニット２のレンズシート８により集光・拡散特性を向上させた光Ｋを利用して、画像表示素子３を透過して観察する。特にレンズシート８を透過して集光・拡散することによって水平方向と垂直方向の視野角をバランスをとって拡大した画像を観察できる。しかも、サイドローブやモアレ干渉縞を抑制して観察者側Ｆの輝度を向上させて光強度の視角方向の分布を滑らかにするとともに、ランプイメージをなくした画像を得ることができる。
【００５３】
上述のように、本実施形態によるレンズシート８によれば、基材１０の出射面１０ｂに集光特性の高いプリズムレンズ１１と光を等方的に集光・散乱するマイクロレンズ１２を設けたことにより、輝度を高めると共に光学特性の偏光依存性を解消することができる。また、プリズムシートとマイクロレンズシートを２枚重ね合わせて使用すると、高価格である上にマイクロレンズ１２によって偏光依存性が解消されてしまい、プリズムレンズ１１の偏光特性を十分に活かすことが出来ないが、１枚の基材１０上にマイクロレンズ１２とプリズムレンズ１１を共存させることにより上述した高輝度と偏光依存性の解消とを実現できる。
さらに、レンズシート８によれば、基材１０にマイクロレンズ１２とプリズムレンズ１１を組み合わせると共にプリズムレンズ１１とマイクロレンズ１２の高さの比Ｈ１／Ｈ２を小さく設定したことで、入射光を集光及び／または拡散させて出射させて出射光の輝度を向上させると共にサイドローブ及びモアレ干渉縞がほとんど生じない光学特性を発揮できる。しかも、高さの比Ｈ１／Ｈ２を１より小さく設定したことで、集光特性の高い光学要素であるプリズムレンズ１１に傷がつくのを防止すると共にマイクロレンズ１２の高さの低い領域に傷が付くのを抑制できて傷を少なく目立たなくできて高い輝度が得られる。
【００５４】
また、レンズシート８を備えたバックライト・ユニット２及びディスプレイ装置１によれば、プリズムレンズ１１のレンズ軸Ａ１と偏光板１４の透過軸Ａ２を直交させて配列することによって、レンズ軸Ａ１と透過軸Ａ２を平行に配列した場合よりも高輝度な特性を得られる。レンズ軸Ａ１と透過軸Ａ２を直交配列する場合、画像表示素子３に対して水平視野角が狭く垂直視野角が広くなり、ディスプレイ装置１の視野角特性としては不適切であるが、集光特性の高いプリズムレンズ１１と共に光を等方的に集光・散乱するマイクロレンズ１２を用いることにより光学特性の偏光依存性を解消することができる。
また、本実施形態によるディスプレイ装置１は、プリズムレンズ１１のレンズ軸Ａ１と偏光板１４の透過軸Ａ２の交差角θ３を６０ｄｅｇ〜９０ｄｅｇの範囲に設定した構成を含むから、レンズ軸Ａ１と透過軸Ａ２を平行に配列した場合よりも高輝度で、上述した直交配置であるθ３＝９０ｄｅｇの高輝度とこれに近似した高輝度のレンズシート８を得ることができる。
しかも、本実施形態によるバックライト・ユニット２及びディスプレイ装置１によれば、表示画像の輝度を向上させると共に画像にサイドローブ及びモアレ干渉縞がほとんど生じない光学特性を発揮できるという作用効果を奏する。また、プリズムレンズ１１に傷がつくのを防止すると共にマイクロレンズ１２の高さの低い領域に傷が付くのを抑制できて傷を少なく目立たなくできて高い輝度で高画質の表示画像が得られる。
【００５５】
次に本発明の変形例について説明するが、上述した実施形態によるレンズシート８及びディスプレイ装置１と同一または同様な部材、部品等については同一の符号を用いて説明する。
ここまで、第１レンズアレイ１１Ａのプリズムレンズ１１が三角プリズムであり、第２のレンズアレイ１２Ａの第２レンズ１２がマイクロレンズである場合について説明してきたが、第１レンズアレイ１１Ａのレンズ形状と第２レンズアレイ１２Ａとのレンズ形状は任意に選ぶことが出来る。
例えば、第一変形例によるレンズシート８として、第１レンズアレイ１１Ａの複数の第１レンズとしてプリズムレンズ１１に代えて複数の凸レンチキュラーレンズ（図示は省略する）を形成してもよい。この凸レンチキュラーレンズは、一方向にのみ形成された場合、視野範囲の広いディスプレイ装置１が得られるが、一方で観察者側Ｆへの集光効果は弱いため高輝度は得難い。しかしながら、凸レンチキュラーレンズの頂部に、比較的小さい別の凸レンチキュラーレンズを直交する方向に第２レンズとして配列して第２レンズアレイ１２Ａを形成した場合、水平方向Ｈｏと垂直方向Ｖｅとの２方向の集光効果が得られるため、視野範囲が広く且つ高輝度なディスプレイ装置１を得ることができる。
【００５６】
また、実施形態によるレンズシート８の第二変形例として図１５に示すレンズシートを用いてもよい。
本変形例によるレンズシート２２は、図１５に示すように、上述の実施形態によるレンズシート８と同一の構成として、基材１０の出射面１０ｂにプリズムレンズ１１からなる第１レンズアレイ１１Ａとマイクロレンズ１２からなる第２レンズアレイ１２Ａとを備えている。
そして、レンズシート１の入射面１０ａは、略平坦な平面部に１つまたは複数の略円柱で構成された突起部２３が突出して形成されている。図１５では、突起部２３は所定間隔で複数配列されていると共にレンズシート８の厚さ方向と平行する方向に延在する中心軸を有する二段の略円柱状部材で構成されている。そして、この突起部２３は比較的大径の第一突起部２４と比較的小径の第二突起部２５とで形成され、各先端面にはＲ状の面取りがそれぞれ施されている。
レンズシート２２の入射面１０ａに突起部２３を設けることによって、レンズシート８の下方にある拡散板７や別の光学シートとの接触面積を減らすことができて、周囲環境の変化に起因するレンズシート８や別の光学シートの伸縮を抑制し、しわが発生するのを防止させることができる。また、レンズシート８の入射面１０ａの摩擦性を減少させ且つ拡散板７等との密着性を低下させることで、しわが発生してもすぐに解消させることができる
【００５７】
なお、突起部２３は図１５に示されるような略円柱状に限るものではなく、図１６（ａ）に示されるように完全な円柱状のもの、同図（ｂ）に示されるように円柱の先端面に平面上のテーパが施されたもの、同図（ｃ）に示されるように円柱の先端が球面形状を帯びるもの、同図（ｄ）に示されるように略半球状のマイクロレンズ形状のもの、同図（ｅ）に示されるように円柱の先端が円錐台形状に細るもの、同図（ｆ）に示されるように六角柱等の多角形柱状のもの、同図（ｇ）に示されるように円柱が大小２段で構成されるもの、同図（ｈ）に示されるように大小二段の円柱に平面状の面取りが施されたもの、同図（ｉ）に示されるように円柱とマイクロレンズ形状との組合せ等でもよい。
上述した図１６（ａ）〜（ｉ）に示す各突起部２３の中でも、入射面１０ａにおける平面部から離れるに従ってその断面積が小さくなる形状がより望ましい。突起部２３を形成する際、その賦形性及び金型からの剥離性が向上するために生産性が向上する。また突起部２３は２段以上の複数の円柱によって形成されることがより望ましい。
上述のように、賦形性及び金型剥離性が良い突起部２３をレンズシート８の入射面１０ａに形成することで、基材１０の内部に拡散粒子を含有する場合においても、輝度低下を生じないレンズシートを提供することが出来る。
【００５８】
なお、突起部２３は一定のピッチで複数配列されても良い。ただしこの場合、第１レンズアレイ１１Ａ及び第２レンズアレイ１２Ａとの間にモアレ干渉縞が生じる場合がある。従って、第１レンズアレイ１１Ａ及び第２レンズアレイ１２Ａとは配列方向が平行にならないよう構成することが望ましい。そのバイアス角度としては３０度以下の範囲であることが望ましい。
また、突起部２３は一定のピッチで配列されていて、その一部をランダムに削除することで、見かけ上ランダム配置とすることが可能である。或いは、突起部２３の配列ピッチを直接的にランダムにしても良い。そうすることで、第１レンズアレイ１１Ａ及び第２レンズアレイ１２Ａとの間にモアレ干渉縞が生じることを抑えることが出来る。
【００５９】
次に、上述した実施形態や変形例によるディスプレイ装置１やレンズシート８に用いられる材質の一例について説明する。
まず、拡散板７は透明樹脂に光拡散領域が分散されて形成されている。
透明樹脂としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂などを用いることができ、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、ポリエチレンテレフタレート（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用いることができる。
【００６０】
拡散板７に含まれる光拡散領域は光拡散粒子からなることが好ましい。好適な拡散性能を容易に得ることができるためである。光拡散粒子としては、無機酸化物または樹脂からなる透明粒子を用いることができる。無機酸化物からなる透明粒子としては、例えばシリカ、アルミナなどを用いることができる。また、樹脂からなる透明粒子としては、アクリル粒子、スチレン粒子、スチレンアクリル粒子及びその架橋体、メラミン・ホルマリン縮合物の粒子、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（ペルフルオロアルコキシ樹脂）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＰＶＤＦ（ポリフルオロビニリデン）、及びＥＴＦＥ（エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体）等のフッ素ポリマー粒子、シリコーン樹脂粒子などを用いることができる。
また、上述した透明粒子から２種類以上の透明粒子を組み合わせて使用してもよい。さらにまた、透明粒子の大きさや形状は特に規定されない。
【００６１】
光拡散領域として光拡散粒子を用いた場合には、拡散板７の厚さが０．１〜５ｍｍであることが好ましい。拡散板７の厚みが０．１〜５ｍｍである場合には、最適な拡散性能と輝度を得ることができる。逆に、０．１ｍｍ未満の場合には拡散性能が足りない不具合を生じ、５ｍｍを超える場合には樹脂量が多いため吸収による輝度低下が生じる不具合がある。
【００６２】
なお、透明樹脂として熱可塑性樹脂を用いた場合には、光拡散領域として気泡を用いても良い。熱可塑性樹脂の内部に形成された気泡の内部表面が光の乱反射を生じさせ、光拡散粒子を分散させた場合と同等以上の光拡散機能を発現させることができる。そのため、拡散板７の膜厚をより薄くすることが可能となる。
このような拡散板７として、白色ＰＥＴや白色ＰＰなどを挙げることができる。白色ＰＥＴは、ＰＥＴと相溶性のない樹脂や酸化チタン（ＴｉＯ２）、硫酸化バリウム（ＢａＳＯ４）、炭酸カルシウムのようなフィラーをＰＥＴに分散させた後、このＰＥＴを２軸延伸法で延伸することにより、フィラーの周りに気泡を発生させて形成する。
なお、熱可塑性樹脂からなる拡散板７は、少なくとも１軸方向に延伸されていればよい。少なくとも１軸方向に延伸させれば、フィラーの周りに気泡を発生させることができるためである。
【００６３】
熱可塑性樹脂としては、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン−２、６−ナフレート、ポリプロピレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、シクロヘキサンジメタノール共重合ポリエステル樹脂、イソフタル酸共重合ポリエステル樹脂、スポログリコール共重合ポリエステル樹脂、フルオレン共重合ポリエステル樹脂等のポリエステル系樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、脂環式オレフィン共重合樹脂等のポリオレフィン系樹脂、ポリメチルメタクリレート等のアクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリアミド、ポリエーテル、ポリエステルアミド、ポリエーテルエステル、ポリ塩化ビニル、シクロオレフィンポリマー、およびこれらを成分とする共重合体、またこれら樹脂の混合物などを用いることができ、特に制限されることはない。
【００６４】
光拡散領域として気泡を用いた場合には、拡散板７の厚さが２５〜５００μｍであることが好ましい。拡散板７の厚さが２５μｍ未満の場合にはシートのこしが不足し、製造工程やディスプレイ内でしわを発生しやすくなるので好ましくない。また、拡散板７の厚さが５００μｍを超える場合には光学性能についてはとくに問題ないが、剛性が増すためロール状に加工しにくい、スリットが容易にできないなど、従来の拡散板と比較して得られる薄さの利点が少なくなるので好ましくない。
【００６５】
レンズシート８の厚みに関しては光学特性への影響よりはむしろ製造プロセス或は要求されるレンズシート８の物理特性等により決められる。例えば、ＵＶ成形によりレンズシート８の表裏面である出射面１０ｂと入射面１０ａに第１レンズアレイ１１Ａ及び第２レンズアレイ１２Ａと突起部２３とをそれぞれ形成した場合、その支持基材フィルムである基材１０の厚さＴは、５０ｕｍ以下であるとシワが出てしまうので、５０μｍ＜Ｔである必要がある。さらにこのレンズシート８を含むバックライト・ユニット２やディスプレイ装置１のサイズによりその基材１０の厚みは変化する。例えば対角３７インチサイズ以上のディスプレイ装置１では基材１０の厚さＴは０．０５ｍｍ〜３ｍｍの範囲が望ましい。  
【００６６】
また一般に、画像表示素子３等のディスプレイも周期的な画素構造をもつものが多い。そのため、それぞれの周期構造同士のモアレ、３つ以上の周期構造で発生する２次モアレなどの高次のモアレが生じて見た目を損なう欠点が生じる。そこでレンズシート８のレンチキュラー方向を、画像表示素子３の周期構造の方向から３０度以下の範囲でずれていてもよい。これにより、画像表示素子３の周期的な画素構造の横または縦方向の構造との間で生じるモアレを防止することができる。
【００６７】
上述のモアレを防ぐ手段として、透明な基材１０上に配列された第２レンズアレイ１２Ａをランダム配置とすることで対処可能である。ランダム配置の方法として、マイクロレンズ１２の高さＨ２とピッチＰ２を変えてランダムとする方法、マイクロレンズ１２の高さＨ２を変えずにピッチＰ２のみをランダムとする方法、そしてマイクロレンズ１２の配列方法をランダムとする方法があるが、外観上におけるムラの観点からマイクロレンズ１２の配列をランダムに配置する方法が望ましい。また、第１レンズアレイ１１Ａを蛇行させることによっても上述のモアレを防ぐことが可能である。
【００６８】
上述のような第１レンズアレイ１１Ａ、第２レンズアレイ１２Ａ、そして突起部２３は、透光性の基材１０上にＵＶ樹脂や放射線硬化樹脂を用いて成形されるか、または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）、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル共重合体）、ＡＳ（アクリロニトリルスチレン共重合体）等を用いて、当該技術分野では良く知られている押し出し成形法、射出成型法、あるいは熱プレス成型法によって形成する。このようにして作製されたレンズシート８に突起部２３を設けた場合、突起部２３の表面には、例えば白色顔料からなる光反射層を付与してもよい。ここで白色顔料としては、酸化チタンや酸化アルミニウム、硫酸バリウム等が挙げられ、印刷法などによって突起部２３に形成する。
【００６９】
なお、本発明の実施形態によるディスプレイ装置１に、上述した構成に加えて、拡散フィルム、プリズムシート、偏光分離反射シートなどを配置してもよい。そうすることにより、画像品位をより向上させることができる。
【００７０】
ここまで、本発明の実施形態や変形例によるレンズシート８、２２を含む光学シート、これらの光学シートを光源６及び反射板５と共に装着したバックライト・ユニット２、これら光学シートを例えば画像表示素子３と共に装着した液晶表示装置としてのディスプレイ装置１について説明してきた。しかし、本発明は上述した光学シートやディスプレイ装置１に限らず、それ以外に背面投射型スクリーン、太陽電池、有機または無機ＥＬを用いた表示装置や照明装置などにも採用できる。本発明による光学シートは光路制御を行うものであれば、任意のバックライト・ユニットやディスプレイ装置に使用することができる。
【実施例】
【００７１】
次に、本発明の実施例によるディスプレイ装置１について詳細に説明する。尚、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
実施例１によるレンズシート８は、ポリカーボネイトを用いて基材１０の厚みを２５０ｕｍとして押出成形法により一体に作製した。レンズシート８における第１レンズアレイ１１Ａは、頂角θ１を９０度、レンズピッチＰ１を２０μｍとした三角プリズム形状で柱状に延びるプリズムレンズ１１を第１レンズとして同一方向に複数配列して形成した。第２レンズアレイ１２Ａは、各第２レンズとして略半球形状のマイクロレンズ１２を用い、その直径Ｐ２を１００μｍ、高さＨ２を６０μｍ、アスペクト比Ｈ２／Ｐ２を０．６とし、レンズシート８を占有するプリズムレンズ１２の面積率Ｓを２０％とした。また、レンズシート８におけるプリズムレンズ１１のレンズ軸Ａ１と偏光板１４の透過軸Ａ２とのなす角θ３を９０度とした。
【００７２】
（実施例２）
実施例２によるレンズシート８は、ポリカーボネイトを用いて基材１０の厚みを２５０ｕｍとして押出成形法により作製した。レンズシート１０における第１レンズアレイ１１Ａは、頂角θ１を９０度、レンズピッチＰ１を２０μｍとした三角プリズム形状のプリズムレンズ１１を第１レンズとして用いた。第２レンズアレイ１２Ａは、マイクロレンズ１２の直径Ｐ２を１００μｍ、高さＨ２を４０μｍ、アスペクト比Ｈ２／Ｐ２を０．４、レンズシート８における出射面１０ｂを占有するマイクロレンズ１２の面積率Ｓを２０％としたマイクロレンズ１２を第２レンズとして用いた。また、レンズシート８におけるプリズムレンズ１１のレンズ軸Ａ１と偏光板１４の透過軸Ａ２とのなす角θ３を９０度とした。
【００７３】
（実施例３）
実施例３によるレンズシート８は、ポリカーボネイトを用いて基材１０の厚みを２００ｕｍとして押出成形法により作製した。レンズシート８における第１レンズアレイ１１Ａは、頂角θ１を９０度、レンズピッチＰ１を１４μｍとした三角プリズムのプリズムレンズ１１を第１レンズとして用いた。第２レンズアレイ１２Ａは、マイクロレンズ１２の直径Ｐ２を１００μｍ、高さを６０μｍ、アスペクト比Ｈ２／Ｐ２を０．６、レンズシート８の出射面１０ｂを占有するマイクロレンズ１２の面積率Ｓを２０％としたマイクロレンズ１２を第２レンズとして用いた。また、レンズシート８におけるプリズムレンズ１１のレンズ軸Ａ１と偏光板１４の透過軸Ａ２とのなす角θ３は９０度とした。
【００７４】
（実施例４）
実施例４によるレンズシート８は、ポリカーボネイトを用いて基材１０の厚みを２００ｕｍとして押出成形法により作製した。レンズシート８における第１レンズアレイ１１Ａは、頂角θ１を９０度、レンズピッチＰ１を２０μｍとした三角プリズム形状のプリズムレンズ１１を第１レンズとして用いた。第２レンズアレイ１２Ａは、マイクロレンズ１２の直径Ｐ２を１００μｍ、高さを６０μｍ、アスペクト比Ｈ２／Ｐ２を０．６、レンズシート８の出射面１０ｂを占有するマイクロレンズ１２の面積率Ｓを８０％としたマイクロレンズ１２を第２レンズとして用いた。また、レンズシート８におけるプリズムレンズ１１のレンズ軸Ａ１と偏光板１４の透過軸Ａ２とのなす角θ３は９０度とした。
【００７５】
（実施例５）
レンズシート８は、ポリカーボネイトを用いて基材１０の厚みを２５０ｕｍとして押出成形法により作製した。レンズシート８における第１レンズアレイ１１Ａは、頂角θ１を８０度、レンズピッチＰ１を２０μｍとした三角プリズムのプリズムレンズ１１を第１レンズとして用いた。第２レンズアレイ１２Ａは、マイクロレンズ１２の直径Ｐ２を１００μｍ、高さＨ２を６０μｍ、アスペクト比Ｈ２／Ｐ２を０．６、レンズシート８を占有するマイクロレンズ１２の面積率Ｓを２０％としたマイクロレンズ１２を第２レンズとして用いた。また、レンズシート８におけるプリズムレンズ１１のレンズ軸Ａ１と偏光板１４の透過軸Ａ２とのなす角θ３を９０度とした。
【００７６】
（比較例１）
ポリカーボネイトを用いて基材１０の厚みを２５０ｕｍとして、基材１の出射面１０ｂに頂角が９０度、レンズピッチ１００μｍの三角プリズム形状のプリズムレンズ１１を同一方向に配列してなるレンズシートを三角プリズムシートとして押出成形法により作製した。また、この三角プリズムシートにおけるプリズムレンズ１１のレンズ軸Ａ１と偏光板１４の透過軸Ａ２とのなす角θ３は０度とした。
【００７７】
上述のように作製した実施例１〜５のレンズシート８と、比較例１の三角プリズムシートとを図１に示すバックライト・ユニット２にそれぞれ配置して各バックライト・ユニット２を作製し、その配向分布測定を行った。
各バックライト・ユニット２は、上述した実施形態に示すように、反射板５の観察者側Ｆに複数のＣＣＦＬからなる光源６が配置され、その観察者側Ｆに拡散板７を配設し、更に実施例１〜４のレンズシート８と比較例１の三角レンズシートのいずれかを順次配設して構成した。
そして、実施例１〜５による各レンズシート８と比較例１による三角レンズシートを用いた場合の配光分布測定の結果は表１の通りである。
【００７８】
【表１】
2011102848.tif 000003
【００７９】
表１に示す結果から、実施例１〜実施例５はモアレとサイドローブは目視で観察されなかったが、比較例１ではモアレとサイドローブが観察された。比較例１における輝度を１として測定した角実施例の相対輝度は、実施例５は０．９６と比較的劣るものの他の実施例１〜４はいずれも比較例１より高い相対輝度を示した。また、三角プリズムを配列して構成した比較例１はＨｏ半値角は最も大きいが、Ｖｅ半値角が最も小さかった。これに対して実施例１〜実施例５ではＶｅ半値角、Ｈｏ半値角ともバランスのとれた大きさが得られた。
【符号の説明】
【００８０】
１  レンズシート
２  バックライト・ユニット
３  画像表示素子
５  反射板
６  光源
８  レンズシート
１０  基材
１０ａ  入射面
１０ｂ  出射面
１１  プリズムレンズ
１１Ａ  第１レンズアレイ
１２  マイクロレンズ
１２Ａ  第２レンズアレイ
１４、１５  偏光板
１６  液晶パネル    
２３  突起部
【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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【図１５】
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【図１６】
2011102848.tif 000019
【図１７】
2011102848.tif 000020
【図１８】
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【図１９】
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