(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導波板を備える照明システムであって、上記第１導波板は、複数の第１導光面を備え、当該第１導光面は、上記第１導波板の第１表面上に設けられており、上記第１導波板内を伝播する光を少なくとも第１角度範囲へ向ける一方、上記第１角度範囲とは異なる第２角度範囲へは光をほとんど向けず、
上記第１導波板は、複数の第２導光面をさらに備え、上記第２導光面は、上記第１導波板の上記第１表面上に設けられており、上記第１導波板内を伝播する光を少なくとも第３角度範囲へ向ける一方、上記第２角度範囲へは光をほとんど向けず、上記第３角度範囲は、上記第１角度範囲および上記第２角度範囲とは異なっており、上記第１角度範囲に対する上記第２角度範囲の反対側にあり、
上記第１導波板の第１導光面は、上記第１導波板の垂直軸に対して第１傾斜角を有する第１部分と、上記第１導波板の垂直軸に対して上記第１傾斜角とは異なる第２傾斜角を有する第２部分とを少なくとも含んでおり、上記第１傾斜角および第２傾斜角は、上記垂直軸において互いに同じ側にあり、
上記第１導波板の第２導光面は、上記第１導波板の垂直軸に対して第３傾斜角を有する部分と、上記第１導波板の垂直軸に対して第４傾斜角を有する部分とを少なくとも備えており、上記第３傾斜角は、上記第４傾斜角とは異なり、上記第３および第４傾斜角は、上記垂直軸において互いに同じ側にあり、
上記第１導波板の上記第１表面上に配置された複屈折材料を、上記第１表面を平坦化するように備えることを特徴とする照明システム。
【請求項２】
上記第１導光面の上記第１部分および上記第２部分は平坦であることを特徴とする請求項１に記載の照明システム。
【請求項３】
上記第１導波板の第１導光面は非平坦であることを特徴とする請求項１に記載の照明システム。
【請求項４】
上記第１角度範囲が約７０°以上の角度を規定するように第１導光面が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の照明システム。
【請求項５】
上記第３および第４傾斜角は照明の上記第１および第２傾斜角に対する上記垂直軸の反対側にあることを特徴とする請求項４に記載の照明システム。
【請求項６】
上記第２導光面の上記第３傾斜角を有する部分および上記第４傾斜角を有する部分は平坦であることを特徴とする請求項４または５に記載の照明システム。
【請求項７】
上記第１導波板の第２導光面は非平坦であることを特徴とする請求項４または５に記載の照明システム。
【請求項８】
上記第３角度範囲が約７０°以上の角度を規定するように第２導光面が配置されていることを特徴とする請求項４〜７のいずれか１項に記載の照明システム。
【請求項９】
隣接する上記第１導光面の間隔は、上記第１導波板のサイドエッジからの距離に応じて変化することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の照明システム。
【請求項１０】
上記第１導光面の間隔は、上記第１導波板のサイドエッジから離れるにつれて狭まり、上記第１導波板の中央において最小の間隔となることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の照明システム。
【請求項１１】
上記導光面は対をなしており、各対は１つの第１導光面と１つの第２導光面とを備えていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の照明システム。
【請求項１２】
第１導光面の数と第２導光面の数との比率は、上記第１導波板の側縁からの距離に応じて変化することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の照明システム。
【請求項１３】
上記第１導波板の上記第１表面に隣接して配置された光学補償板をさらに備え、上記光学補償板は、上記第１導波板の上記第１表面の形状に対して相補的な形状の表面を有していることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の照明システム。
【請求項１４】
画像表示装置と、
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の照明システムとを備えるディスプレイであって、
上記照明システムが上記画像表示装置と上記ディスプレイを見ようとする位置との間に配置されていることを特徴とするディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばディスプレイに使用される照明システムに関する。本発明はさらに、本発明による照明システムを内蔵したディスプレイ、特に、プライベート表示モードとパブリック表示モードとを切り替え可能なディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばコンピュータと併用されるモニタ、電話および携帯情報機器に内蔵されたスクリーンなどの電子画像表示装置は、通常、できるだけ多くの位置からディスプレイの表示内容が読めるように、可能な限り視野角が広くなるように設計されている。しかしながら、狭い角度範囲からしか見られないディスプレイが有用である状況もある。例えば混雑した場所において、携帯機器のディスプレイ上の機密文書または個人的文書を読んでいる場合は、周囲の人間が同ディスプレイ上の書類を見る危険性を少なくしたい。
【０００３】
したがって、２つの動作モード間で切り替え可能なディスプレイがあると有用である。「パブリック」モードでは、一般的な使用時のために、ディスプレイは広視野角を有する。「プライベート」モードでは、公共の場においても個人的な情報を読めるように、ディスプレイは狭視野角を有する。例えば、特定の安全なウェブページ（例えば銀行のウェブページ）にアクセスされたとき、または特定のＰＩＮ（暗証番号）（例えば銀行口座の暗証番号）がキーボードに入力されたときに、ディスプレイは自動的にプライベートモードに切り替わる。プライベートモードでは、画面上にインジケータまたはアイコンが表示されて、プライベートモードが有効であることを示す。
【０００４】
一般的に液晶表示装置には、バックライトとして冷陰極蛍光灯が使用される。液晶表示装置には、１つの導波板を用いた１本の蛍光灯、あるいは導波板を用いた複数の蛍光灯、または導波板を用いない複数の蛍光灯が使用される。これらの蛍光灯の種類は全て同じであるため、表示パネルの視野角特性が全て同じになる。このような構成については、当該分野においてはよく知られている。
【０００５】
添付図面の図１は、携帯機器に使用される一般的な照明システムを示している。透過型導波板４の側面に蛍光灯２が１つ（または１つ以上）配置されている。透過型導波板４は、表示パネル８に向かって光を反射するための反射フィルム６を有している。（導波板４は「光導体」または「ライトパイプ」とも称されるが、本明細書においては「導波板」という用語を用いる。）導波板４は、蛍光灯２からの光を表示パネル８上に均一に拡散させるように設計されていて、一般的に、広域照明（wide illumination）または拡散照明(diffuse illumination)をもたらす。これは、導波板４の構造を制御する、光が拡散するように導波板４の最上表面を修正する、あるいは、図１のように拡散層１０を加えることによって達成できる。導波板４上に分散された屈折素子および／または拡散素子(scattering element)を用いてもよい。図１に示す照明システムは、視野角を制限し、そして狭視野円錐領域（narrow viewing cone）において輝度を改善させる輝度増大フィルム（ＢＥＦ）１２と、表示パネル８に隣接した保護拡散板（protective diffuser)１４とをさらに有している。
【０００６】
このようなバックライトの構成については、例えば、K.Kalantar，ＳＩＤ会報，２０００年，１０２９ページなどの文献に幅広く説明されている。また、必要な照明を得るために、様々な方法を用いて光波板４を構成できる。ＬＣＤ（液晶表示）装置を照明するためにはＬＥＤ（発光ダイオード）バックライトもまた有用であると考えられており、例えば携帯電話などの小型ディスプレイへの使用が増加していくであろう。このようなバックライトについては、米国特許第５，８６０，７２２号および米国特許公開第２００３／０１６０９１１号に開示されている。
【０００７】
ディスプレイが見られる角度または位置の範囲を制限する多数の装置が知られている。米国特許第６，５５２，８５０号は、現金引出機に個人情報を表示する方法について記載している。引出機のディスプレイが発した光は固定偏光状態にあり、現金引出機とそのユーザ（user）は、シート偏光子（sheet polariser）の大画面に囲まれる。このシート偏光子は、偏光状態にある光を吸収するが、直交状態にある光を透過させる。通りがかった人は、ユーザおよび現金引出機を見ることができるが、画面上に表示された情報を見ることはできない。
【０００８】
光の方向を制御するための別の方法について、添付図面の図２に示す。図２では、バックライト１８と透過型画面表示パネル２０との間に、「ルーバー」フィルム１６が配置されている。ルーバーフィルム１６は、交互になった透明層と不透明層とからなり、ベネチアンブラインドと同様の構成になっている。これによって、これらの層とほぼ平行な方向へ伝播する光はルーバーフィルム１６を通過させるが、これらの層の面に対してより大きい角度で伝播する光は吸収する。これらの層は、ルーバーフィルム１６の表面に直角であるか、あるいは別の角度であってもよい。このように、バックライト１８は光を広角配光２２で発するが、表示パネル２０からユーザ２１へと進む光は狭角度配光２３を有する。
【０００９】
ルーバーフィルムは、透明材料と不透明材料とが交互になった多数のシートを積み重ね、そして得られたブロックを層に対して直角に薄切りにすることによって製造される。このような方法については、米国特許第２，０５３，１７３号、米国特許第６８９，３８７号および米国特許第３，０３１，３５１号に記載されている。
【００１０】
ルーバーフィルムと同様の特性を有したフィルムを形成するための別の方法も存在する。例えば、米国特許第５，１４７，７１６号は、層の面に対して垂直な方向に配列された細長い粒子を多数含んだ光制御フィルムについて記載している。上記方向に対して大きい角を成す光線は、強力に吸収される。
【００１１】
光制御フィルムの別の例について、米国特許第５，５２８，３１９号に記載されている。光制御フィルムの透明体には、このフィルム面に平行な２つ以上の層が埋め込まれていて、各層は不透明部と透明部とを含んでいる。不透明部は、上記フィルムを特定の方向に進む光の伝播を遮断し、それ以外の光は通過させる。
【００１２】
上述した光制御フィルムは、表示パネルの正面、あるいは透過型表示パネルとそのバックライトとの間のいずれかに配置されて、ディスプレイが見られる角度の範囲を制限する。換言すれば、これら光制御フィルムは、ディスプレイを「プライベート」にする。しかしながら、これら光制御フィルムはいずれも、広い範囲の角度から見られるようにするための切り替えが容易ではない。
【００１３】
（広い視野角を持つ）パブリックモードと、（狭い視野角を持つ）プライベートモードとを切り替えられるディスプレイを提供することが望ましい。
【００１４】
米国特許公開第２００２／０１５８９６７号では、ディスプレイ上に光制御フィルムを実装して、上記光制御フィルムをディスプレイの正面に移動させてプライベートモードにする方法、あるいは上記光制御フィルムをディスプレイの後方または横にある空間（holder）に機械的に格納してパブリックモードにする方法について記載している。この構成は、故障するか、あるいは損傷を受ける可能性のある可動部品を含んでおり、さらにディスプレイがかさばるという不都合がある。
【００１５】
以前に考案された、可動部品を使用せずにパブリックモードからプライベートモードへと切り替えるための方法として、光制御フィルムを表示パネルの後方に実装して、この光制御フィルムとパネルとを電気的に切り替えられる拡散フィルムを配置するという方法がある。拡散板が使用されていないときには、光制御フィルムは視野角の範囲を制限するため、ディスプレイはプライベートモードになる。拡散板がオンであるときには、広い角度で光を進ませてパネルを通過させるため、ディスプレイはパブリックモードになる。また、光制御フィルムをパネルの正面に実装し、この光制御フィルムの正面に切り替えが可能な拡散板を配置して、同様の効果を得ることも可能である。
【００１６】
上記のようなタイプの切り替え可能なプライバシー装置（privacy device）については、米国特許第５，８３１，６９８号、米国特許第６，２１１，９３０号、および米国特許第５，８７７，８２９号に記載されている。これらには全て同じ不都合がある。すなわち、ディスプレイがパブリックモードまたはプライベートモードであっても、光制御フィルムは、このフィルムに入射する光の大部分を吸収してしまうため、ディスプレイは光の使用に関しては非効率である。拡散板が、パブリックモードにおいて、広範囲に渡る角度に光を拡散させるため、バックライトがより明るくなるように補正されないのであれば、これらのディスプレイはプライベートモードよりもパブリックモードにおいて暗くなる。
【００１７】
切り替え可能なパブリック／プライベートディスプレイを提供するための別の方法について、米国特許第５，８２５，４３６号に記載されている。ここでは、前述したルーバーフィルムと同様の構造を有した光制御装置について記載されている。しかしながら、上記ルーバーフィルム内にある各不透明素子は、不透明状態から透明状態へと電気的に切り替え可能な液晶セルに代替される。上記は、表示パネルの正面または後方に配置される。上記セルが不透明であるときにはディスプレイはプライベートモードにあり、セルが透明状態にあるときにはディスプレイはパブリックモードになる。
【００１８】
上記方法は、適切な形状の液晶セルを製造するにあたっての難易度と費用の面において不都合がある。さらに、プライベートモードにおいて、光線はまず透明材料を通過し、次に液晶セルの一部を通過するような角度で入射する。このような光線は液晶セルによって完全に吸収されないため、装置のプライバシーが損なわれる可能性があるという別の不都合がある。
【００１９】
プライベートモードとパブリックモードとが双方とも広い角度の照明範囲を有しているパブリック／プライベート表示装置について、M. Dogruel, “A method for concealment of displayed data”, Displays 24, p.97-102, 2003”に開示されている。パブリックモードとプライベートモードとを区別するためには、許可されたユーザが、液晶（ＬＣ）シャッターメガネ（shutter glasses）を身に付けている必要がある。表示装置上に表示される画像の時間系列は次の通りである。プライベートおよびパブリックモードの画像は、交互になったフレームに時分割される。例えば、プライベートモードの画像は奇数フレームに表示され、パブリックモードの画像は偶数フレームに表示される。許可されたユーザが身に着けている液晶ＬＣシャッターメガネは、偶数（パブリック）フレームを遮断するように動作するため、上記ユーザはプライベートフレームの時間系列のみを見ることになる。非ユーザ（個人情報を見ることを許可されておらず、かつ特別仕様のＬＣシャッターメガネを身に着けていないユーザ）は、両方の種類の画像を見ることになる。パブリックモードは、プライベートモードの輝度が反転するように構成されているため、上記非ユーザは、全体的に灰色になった画像を見ることになる。
【００２０】
米国特許公開第２００３／００７１９３４号は、液晶装置用の二重バックライトシステムについて記載している。これらのバックライトは互いに異なっている。二重バックライトシステムを備えている目的は、ディスプレイが、暗視ゴーグルを必要とするモードへと切り替え可能なようにすることである。通常の可視バックライトは昼間の動作に使用され、赤外線（ＩＲ）バックライトは夜間の動作に使用される。これら２つのモードの角度範囲が異なるようには設計されていない。米国特許第５，８８６，６８１号では、上記と同じ目的を達成するための別の構成が開示されている。
【００２１】
米国特許第６，４９６，２３６号は、バックライトを単独使用できる複数バックライトシステムについて記載している。バックライトは両方とも同じ種類である。開示されている構成の目的は、１つまたは両方のバックライトを用いて輝度を広範囲に調節できるようにすること、あるいは両方のバックライトを低い照明レベルで用いることによってバックライトの寿命を延ばすことにある。
【００２２】
英国特許出願公開第２，３０１，９２８号および国際公開第９７／３７２７１号は、ＬＣ（液晶）ディスプレイ用のＵＶ（紫外線）または濃い青色バックライト（deep blue backlight）、および蛍光体層の使用について記載している。使用されているバックライトは１つのみである。上記構成は、従来のカラーフィルタの代わりとしての蛍光体をＬＣＤと併用することによって、ＬＣディスプレイの視野角を改善させることを目的としている。上記ＬＣＤは、紫外線光と蛍光体との間に配置されていて、紫外線光を変調する。
【００２３】
米国特許第４，６４１，９２５号は、液晶ディスプレイに均一な照明を供給することを目的とした、リン光層およびバックライトの使用について記載している。ここでも同様に、光導体をバックライトと併用することも考えられるが、使用されているバックライトは１つのみである。
【００２４】
英国特許第２４１０１１６号は、パブリックモードとプライベートモードとを切り替えできるディスプレイを開示している。このディスプレイを図３に示す。
【００２５】
ディスプレイ４３０は、透過型画像表示装置４３１を有している。透過型画像表示装置４３１は、その後方（つまり、ユーザに対して画像表示装置４３１の反対側）に配置された第１の照明システムによって照明される。第１の照明システムは、第１の可視光源４３６を有していて、第１の導波板４４０へ光を向ける。この導波板は、上面から広い角度の照明範囲に光を出力することによって、画像表示装置４３１を照明する。
【００２６】
ディスプレイ４３０は、第２の照明システムをさらに備えている。第２の照明システムは、第２の導波板４０４を介して、拡散中心４１０の配列へ可視光を供給するための、第２の可視光源４３４を有している。拡散中心４１０から前方へ拡散された光は、パターン化されたバリア層４７２に到達する。バリア層４７２は、拡散中心４１０に沿って並んだ不透明領域を含んでいる。バリア層４７２はまた、拡散中心点４１０によって拡散された光が、バリア層４７２によって、１つ以上の角度範囲４３２に進むようにパターン化されている。第２の照明システムは、画像表示装置４３１の正面に配置されている。第２の照明システムによって発せられた光は、画像表示装置４３１によって変調されない。
【００２７】
プライベートディスプレイモードにするためには、光源４３４および４３６を両方ともＯＮに切り替える。第２の光源４３４からの光は、角度範囲４３２に向けられる。したがって、例えばゾーン２またはゾーン３などの、角度範囲４３２のいずれかに位置しているユーザは、表示装置４３１からの画像を角度範囲４３２において「色あせ（wash out）」させる第２の光源４３４からの光を見ることになる。しかし、ゾーン１にいるユーザは、第２の光源４３４からの光を見ることはない。なぜなら、第２の光源４３４からの光は、バリア層４７２の不透明層によって遮断されているからである。したがって、ゾーン１にいるユーザは、画像表示装置４３１からの画像のみを見ることになる。
【００２８】
パブリックディスプレイモードにするためには、第１の光源４３６をＯＮに切り替え、第２の光源をＯＦＦに切り替える。画像表示装置に表示された画像は、ゾーン１、２または３のいずれに位置するユーザにも見えるようになる。
【００２９】
長年の間、従来の表示装置は、複数のユーザが同時に見られるように設計されてきた。表示装置の表示特性は、ディスプレイからの異なった角度においてもユーザが同じように良質な画像を見ることができるように形成されている。これは例えば、空港および電車の駅にある出発時刻ディスプレイなどの、多くのユーザがディスプレイから同じ情報を得る必要があるアプリケーションには効果的である。しかしながら、それぞれのユーザが同一のディスプレイから異なった情報を得られた方が望ましいアプリケーションも多数ある。例えば自動車内では、運転者は衛星誘導システムを見て、助手席にいる者は映画を観たいという状況がある。このように相反する必要性も、２つの別々のディスプレイを提供することによって満たされる。しかしこれは余分なスペースをとり、また費用も増える。その上、上記例において２つの異なるディスプレイが使用された場合、運転者が頭の位置を動かしたときに助手席側のディスプレイが見えてしまうこともあり、これは運転者にとっては気が散る。さらに別の例として、２人以上のプレイヤー用のコンピュータゲームにおいて、各プレイヤーがそれぞれの視点からゲームを見たいという状況がある。これは現在、各プレイヤーが別々のディスプレイ画面を見て、それぞれの画面を独自の視点から見ることによって行われている。しかし、各プレイヤーに対して別々のディスプレイを与えることは余分なスペースをとり、費用もかさみ、そして携帯ゲームの場合は実用的でない。
【００３０】
これらの問題を解決するために、多視点方向性（multiple-view directional）ディスプレイが開発された。多視点方向性ディスプレイのアプリケーションの１つとして、「デュアルビューディスプレイ」が挙げられる。デュアルビューディスプレイは、２つ以上の異なる画像を同時に表示でき、各画像は特定の方向においてのみ見ることができる。したがって、１方向から表示装置を見ているユーザは１つの画像だけを見て、別の異なる方向から表示装置を見ているユーザは別の画像を見ることになる。２人以上のユーザに異なる画像を表示できるディスプレイによって、２つ以上の別々のディスプレイを使用する場合に比べて、スペースおよび費用を大幅に削減できる。
【００３１】
多視点方向性ディスプレイの可能な応用については既に説明したが、別の応用も多数ある。例えば、多視点方向性ディスプレイは、各乗客に対して個人用の機内娯楽プログラムが備えられている航空機内において使用できる。現在は、各乗客に個人用の表示装置が備えられていて、これらは、一般的に前列の席の後部に備えられている。多視点方向性ディスプレイを使用することによって、費用、スペース、および重量を大幅に減らすことができる。なぜなら、１つのディスプレイが２人以上の乗客にサービスを提供でき、各乗客もそれぞれの映画を選んで観ることができるからである。
【００３２】
多視点方向性ディスプレイは、ユーザが互いの表示を見れないようにできるというさらなる利点がある。これは、例えば現金自動預入支払機（ＡＴＭ）を使用する銀行または売買取引など、安全性を必要とするアプリケーション、および前述したコンピュータゲームの例において望ましい。
【００３３】
多視点方向性ディスプレイは、３次元ディスプレイを形成するさらなる応用がある。通常の視覚では、人間の両目は、頭内の異なった位置によって、異なる視覚から外界の光景を知覚している。そして脳がこれら２つの視覚を使って、その光景にある様々な対象への距離を判断する。３次元画像を効果的に表示するディスプレイを形成するためには、上記のような状況を再現して、画像のいわゆる「立体対」を提供する必要がある。上記「立体対」は、ユーザのそれぞれの目に１つの画像を表示する。
【００３４】
３次元ディスプレイは、目に対して異なる光景を提供するために用いられる方法に応じて、２つのタイプに分類される。一般的に立体ディスプレイは、広い視野領域において、立体画像対の画像を両方とも表示する。各光景は、例えば色、極性状態、または表示時間などによって符号化される。ユーザは、光景を分けると共に、対象とする光景だけをそれぞれの目が見るようにするメガネのフィルタの仕組みを身に付ける必要がある。
【００３５】
裸眼立体ディスプレイ（autostereoscopic display）は、右目に映る像と左目に映る像とを別々の方向に表示する。この結果、各像は、それぞれ規定された空間領域からしか見ることができない。表示有効領域全体において画像が見られる空間領域は、「視野ウィンドウ（viewing window）」と称される。左目が、立体対の左目像用の視野ウィンドウ内にあり、そして右目が、立体対の右目像用の視野ウィンドウ内にあるような位置にユーザがいる場合は、このユーザのそれぞれの目は正しい像を見ることができ、そして３次元画像を知覚することになる。裸眼立体ディスプレイでは、ユーザは、見るための補助器具を身に付ける必要はない。
【００３６】
裸眼立体ディスプレイは、原理上はデュアルビューディスプレイと類似している。しかしながら、裸眼立体ディスプレイ上に表示された２つの画像は、立体画像対の左目画像および右目画像であって、互いに独立はしていない。その上、１人のユーザが見れるように２つの画像が表示され、上記ユーザのそれぞれの目が１つの画像を見ることになる。
【００３７】
米国特許第６，３０５，８１１号は、主に垂直方向、あるいは垂直方向に近い方向に沿って光を向けるためのバックライトを開示している。このバックライトは、発光面を持つ導波板を有していて、この導波板の表面上に突起部が設けられている。この導波板は、上記発光面とは反対側にあって、導波板の発光面外へ光を向けるようになっている。上記突起部の表面は、傾斜角度が異なる２つの部分を有している。
【００３８】
米国特許出願公開第２００４／０２６９１１号は、導波板の後背面にプリズム面が形成されていて、これによって発光面として機能する導波板の上面の外側に光を向けるようになっているバックライトに関連している。上記導波板の発光面は平坦ではないが、放射された光を狭い角度範囲へ集光するための隆起部（ridge）が設けられている。
【００３９】
特開昭７−２３０００２号公報は、発光面が形成された導波板を有するバックライトについて開示している。
【特許文献１】米国特許第５，８６０，７２２号
【特許文献２】米国特許公開第２００３／０１６０９１１号
【特許文献３】米国特許第６，５５２，８５０号
【特許文献４】米国特許第２，０５３，１７３号
【特許文献５】米国特許第６８９，３８７号
【特許文献６】米国特許第３，０３１，３５１号
【特許文献７】米国特許第５，１４７，７１６号
【特許文献８】米国特許第５，５２８，３１９号
【特許文献９】米国特許公開第２００２／０１５８９６７号
【特許文献１０】米国特許第５，８３１，６９８号
【特許文献１１】米国特許第６，２１１，９３０号
【特許文献１２】米国特許第５，８７７，８２９号
【特許文献１３】米国特許第５，８２５，４３６号
【特許文献１４】米国特許公開第２００３／００７１９３４号
【特許文献１５】米国特許第５，８８６，６８１号
【特許文献１６】米国特許第６，４９６，２３６号
【特許文献１７】英国特許出願公開第２，３０１，９２８号
【特許文献１８】国際公開第９７／３７２７１号
【特許文献１９】米国特許第４，６４１，９２５号
【特許文献２０】英国特許第２４１０１１６号
【特許文献２１】米国特許第６，３０５，８１１号
【特許文献２２】米国特許出願公開第２００４／０２６９１１号
【特許文献２３】特開昭７−２３０００２号公報
【非特許文献１】K.Kalantar，ＳＩＤ会報，２０００年，１０２９ページ
【非特許文献２】“A method for concealment of displayed data”, M. Dogruel, Displays 24, p.97-102, 2003”
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００４０】
本発明の第１の形態は、第１の導波板を含んでいると共に、第１の導光面（light-directing surface）を複数有した照明システムを提供する。上記第１の導光面は、上記第１の導波板の第１の表面上にあり、上記第１の導波板内において伝播する光を、少なくとも第１の角度範囲へと向ける一方、第２の角度範囲へは光をほとんど向けない。上記第１の角度範囲は、上記第２の角度範囲とは異なっている。上記第１の導波板は、第２の導光面を複数有している。この第２の導光面は、上記第１の導波の第１の表面上に備えられていて、上記第１の導波内において伝播する光を、少なくとも第３の角度範囲へ向ける一方、第２の角度範囲へは光をほとんど向けない。上記第３の角度範囲は、上記第１の角度範囲および上記第２の角度範囲とは異なっている。上記第３の角度範囲はまた、上記第１の角度範囲に対する上記第２の角度範囲とは反対側にある。上記第１の導波板の第１の導光面は、上記第１の導波板の垂直軸に対して第１の傾斜角度を有した第１の部分と、上記第１の導波板の垂直軸に対して第２の傾斜角度を有した第２の部分とを少なくとも含んでいる。上記第２の傾斜角度は、上記第１の傾斜角度とは異なっている。上記第１の傾斜角度および上記第２の傾斜角度は、上記垂直軸において互いに同じ側にある。上記第１の導波板の第２の導光面は、上記第１の導波板の垂直軸に対して第３の傾斜角度を有した１部分と、上記第１の導波板の垂直軸に対して第４の傾斜角度を有した１部分とを少なくとも含んでいる。上記第３の傾斜角度は、上記第４の傾斜角度とは異なっている。上記第３の傾斜角度および上記第４の傾斜角度は、上記垂直軸において互いに同じ側にある。
【００４１】
図３に示すディスプレイ４３０では、拡散構造は、第２の導波板４０４の裏面に配置されたプリズムを含んでいる。このプリズムは、一般的には図４（ａ）に示すような３角形の断面を有している。図４（ａ）は、第２の導波板４０４の部分断面図である。図４（ａ）は、光をゾーン２へ向けるための第１の平坦な導光面４０８と、光をゾーン３へ向けるための第２の平坦な導光面４１６とを有したプリズム４０６を１つ示している。周知のように、導波板４０４は、その上面または下面に近接した材料よりも高い屈折率を有している。この結果、導波板内を伝播する光が、その上面または下面における全反射によって導波板内に閉じ込められる。しかしながら、導光面４０８および４１６のいずれかによって反射された光は、導波板４０４の上面において入射し、そして図４（ａ）に示すように、導波板から発せられる。上記入射時における、垂直軸に対しての角度は、全反射に対する臨界角よりも小さい。上記導波板から発せられた光の角伝搬は、とりわけバリア層４７２の特性と、導光面４０８および４１６の傾斜角度に依存している。図４（ｂ）は、視野角に対して生じた強度（単位は任意）の概略図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す平坦な導光面４０８および４１６によって、導波板が約２０°〜６５°の角度範囲に（プリズム４０６が対称である場合は、約−２０°〜−６５°の角度範囲に）光を放つことを示している。（これらの角度、および以下に定義する角度は、ディスプレイの表示面に対して垂直な軸に対して測定されたものであり、本明細書ではディスプレイの垂直軸と称する。）
したがって、図３に示すディスプレイは、良質なプライベートモードを提供できないという不都合がある。なぜなら、第２の光源４３４がＯＮに切り替えられてディスプレイがプライベートモードになったとき、上記第２の光源からの光は、既に説明した通り約−２０°〜−６５°および約２０°〜６５°へ広がるゾーン２およびゾーン３へのみ向けられるからである。この結果、ゾーン４またはゾーン５に位置するユーザは、画像表示層４３１によって表示された画像を見る可能性はあるが、第２の光源４３４からの光を見ることはない。したがって、このプライベートモードは、対象とするユーザ以外に対して画面を見えにくくすることに関しては効率的ではない。
【００４２】
図４（ｃ）〜図４（ｆ）は、プリズム４０６の導光面４０８および４１６の傾斜角度を変えた場合の効果を示している。図４（ｃ）および図４（ｅ）は、導波板４０４の断面図であって、２つの異なるバリア層の特性と、導光面４０８および４１６の傾斜角度とを示している。各傾斜角度は、図４（ａ）に示す傾斜角度とは異なる。図４（ｄ）および図４（ｆ）は、視野角に対応した強度分布を示している。図４（ｄ）および図４（ｆ）が示すように、バリア層の特性および傾斜角度を変えることによって、ゾーン２およびゾーン３の角度位置を変更することが可能である一方、ゾーン２およびゾーン３の角度範囲は約４５°のままである。したがって、図４（ｄ）では、ゾーン２およびゾーン３は、約３０°から７５°へ、そして−３０°から−７５°へ広がる。図４（ｆ）では、ゾーン２およびゾーン３は、約４５°から９０°へ、そして−４５°から−９０°へ広がる。いずれの場合も、プライベートモードは効果的ではない。図４（ｅ）および図４（ｆ）の場合は、例えば、表示された画像がプライベートモードで見れる中心視野ゾーンは、−４５°から４５°へ広がるが、効果的なプライバシーを提供するためには広すぎる。プライベートモードでは、表示された画像は、約−２０°から２０°へ広がる視野ゾーンにおいて見ることができ、他のいかなる視野角からは見ることができないことが望ましい。
【００４３】
本発明による照明システムでは、導波板の導光面は、上記垂直軸に対して第１の傾斜角を有した第１の部分と、第２の異なる傾斜角を有した第２の部分とを少なくとも含んでいる。上記第１の部分および第２の部分は、光を異なる角度範囲に向ける。したがって、上記照明システムが、図３に示すような一般的な構造を有したディスプレイの第２の照明システムとして使用される場合は、得られるゾーン２およびゾーン３は、図３に示すディスプレイのゾーン２およびゾーン３よりも角度範囲が広くなる。したがって、より効果的なプライベートモードが得られる。
【００４４】
第１の導光面にある上記第１の部分および第２の部分は平坦であってもよい。
【００４５】
上記第１の導波板にある第１の導光面は平坦でなくてもよい。
【００４６】
第１の導光面は、第１の確度範囲が約７０°またはそれ以上の角度を含むように構成されていてもよい。
【００４７】
上記第３の傾斜角および上記第４の傾斜角は照明の上記第１の傾斜角および上記第２の傾斜角の上記垂直軸の反対側にあってもよい。
【００４８】
上記第２の導光面にある上記第１の部分および上記第２の部分は平坦であってもよい。
【００４９】
上記第１の導波板にある第２の導光面は平坦でなくてもよい。
【００５０】
第２の導光面は、上記第１の確度範囲が約７０°またはそれ以上の角度を含むように構成されていてもよい。
【００５１】
隣接する上記第１の導光面間のスペースは上記第１の導波板の側縁からの距離によって異なっていてもよい。
【００５２】
上記導光面は対をなして構成されており、各対が１つの第１の導光面および１つの第２の導光面を含んでいてもよい。
【００５３】
第１の導光面の数と第２の導光面の数との比率は上記第１の導波板の側縁からの距離によって異なっていてもよい。
【００５４】
上記照明システムは、上記第１の導波板の上記第１の表面に近接して配置された光学補償板をさらに含んでいて、上記第１の導波板の上記第１の表面の形状に対して形状補完する表面を有している。
【００５５】
あるいは、上記照明システムは上記第１の導波板の上記第１の表面上に配置された複屈折材料をさらに含んでいてもよい。
【００５６】
上記照明システムは、第２の導波板を含んでいてもよい。この第２の導波板は、その内部において伝播する光を第４の確度範囲へ向けるように構成されている。この第４の確度範囲は、概ね上記第１、第２および第３の確度範囲とは反対になっている。
【００５７】
上記第２の導波板は、その内部において伝播する光を上記第４の傾斜角の範囲へ向けるように形成された表面を含んでいてもよい。
【００５８】
上記第２の導波板の上記成形表面は、概ね上記第１の導波板の上記第１の表面に対して形状を補完するものであってもよい。
【００５９】
上記第２の導波板の上記成形表面内において、複数の凹構造が設けられていてもよい。
【００６０】
上記照明システムは第２の導波板をさらに含んでいてもよい。この第２の導波板は、その内部において伝播する光を上記第２の確度範囲へ向けるように構成されている。
【００６１】
上記第２の導波板は、その内部において伝播する光を上記第２の確度範囲へ向けるように形成された表面を含んでいてもよい。
【００６２】
上記第２の導波板の上記成形表面は、概ね上記第１の導波板の上記第１の表面に対して形状を補完するものであってもよい。
【００６３】
上記第２の導波板は、その内部において伝播する光を上記第２の確度範囲へ拡散させるための拡散構造を含んでいてもよい。
【００６４】
本発明の第２の形態は、画像表示装置と、第１の形態による照明システムとを含んでいる。上記照明システムは、上記画像表示装置と、当該画像表示装置の目標とする視野位置との間に配置されている。
【００６５】
上記画像表示装置は反射型画像表示装置であってもよい。
【００６６】
上記画像表示装置の基板は上記照明システムの第２の導波板を構成していてもよい。
【００６７】
本発明の第３の形態は、画像表示層と、本発明による照明システムとを含んだディスプレイを提供する。上記画像表示層は、上記照明システムと、当該画像表示装置の目標とする視野位置との間に配置されている。
【００６８】
本発明は、第１の導波板を有し、この第１の導波板の第１の表面上において、第１の導光面が複数設けられている照明システムをさらに提供する。この第１の導光面は、上記第１の導波板内を伝播する光を、少なくとも第１の角度範囲へ向ける一方、第２の角度範囲へはほとんど光を向けない。上記第１の角度範囲は、上記第２の角度範囲とは異なっている。上記第１の導波板の第１の導光面は、上記第１の導波板の垂直軸に対して第１の傾斜角を有した第１の部分と、上記第１の導波板の垂直軸に対して第２の傾斜角度を有した第２の部分とを少なくとも含んでいる。上記第２の傾斜角は、上記第１の傾斜角とは異なっている。上記第１の傾斜角および上記第２の傾斜角は、上記垂直軸と互いに同じ側にある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６９】
次に、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しながら例として説明する。
【００７０】
図５（ａ）は、本発明の一実施形態による照明システム示す図である。この照明システムは、導波板２５および１つ以上の光源２６を含んでいる。図５（ａ）には、光源２６が１つ示されているが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００７１】
導波板２８の第１の表面２８上には、突起部２７が設けられている。上述したように、導波板内において伝播する光は、突起部２７の導光面２９および３０によって反射し、表面２８の反対側にある導波板の表面３１を通過する。突起部２７は、この表面２８上に設けられている。
【００７２】
導光面２９は、光を第１の角度範囲へ向ける一方、第２の角度範囲へは光をほとんど向けない。第１の角度範囲は、第２の角度範囲とは異なっている。導光面３０は、光を第３の角度範囲へ向ける一方、第２の角度範囲へは光をほとんど向けない。第３の角度範囲は、第１の角度範囲および上記第２の角度範囲とは異なっている。第３の角度範囲は、また、第１確度範囲に対する第２の角度範囲とは反対側にある。好ましくは、導光面２９は、上記導波板２５の前表面３１の垂直軸の一方にある角度範囲へ光を向け、そして導光面３０は、上記導波板２５の前面３１の垂直軸の他方にある角度範囲へ光を向けて、上記垂直軸を中心とした角度範囲へ向けられる光はほとんどないか、あるいは全くない。
【００７３】
本発明によれば、突起部２７の導光面２９および３０は、図５（ａ）では平坦ではない。その代わりに、突起部２７の導光面は、第１の傾斜角を有する第１の部分と、第２の異なる傾斜角を有する第２の部分とを少なくとも有している。これについては、突起部２７の導光面２９の拡大図である図５（ｂ）に示されている。図示されているように、上記導光面は、各部分３２〜３４を含んでいる。これらの各部分は、導波板２５の面に対して異なる傾斜角を有している。この実施形態では、導光面２９の各部分３２、３３、および４４は平坦であり、傾斜角の典型的な値は、θ１＝１５°、θ２＝２０°、およびθ３＝２５°である。
【００７４】
導光面２９の部分３２、３３および３４は、それぞれ異なった傾斜角を有しているため、異なる角度範囲へ光を反射する。この結果、導光面２９は、図４（ａ）に示す平坦な導光面が反射するよりも広い角度範囲に光を反射する。図５（ｃ）に示すように、導光面の部分３２、３３、および３４の傾斜角度を適切に選択することによって、約２０°から約９０°までの角度範囲へ光を向ける導光面を形成することが可能になる。
【００７５】
上記実施形態では、第２の導光面３０は第１の導光面２９の鏡像であり、約−９０°から約−２０°の角度範囲へと光を向ける。
【００７６】
本発明による照明システムが、図３に示すようなディスプレイにおける第２の照明システムとして使用される場合において、第２の照明システムの（複数の）光源がオンであるときには、第２の照明システムは、角度範囲４３２へ光を向ける。角度範囲４３２は、約−９０°から約−２０°、および約２０°から約９０°へ広がる。したがって、画像表示装置３１上に表示された画像は、約−２０°から２０°のゾーン（ゾーン１）に位置しているユーザのみが見れることになる。したがって、上記ディスプレイのプライベートモードは良質である。
【００７７】
図６（ａ）は、本発明に係る照明システム３５の概略図を示している。この照明システムは、図６（ａ）に示すように、導波板２５、および１つ以上の光源２６を含んでいる。照明システム３５には、導波板２５の対側にある縁面に沿って配置された２つの光源２６が示されている。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、基本的には、使用される光源は１つであってよく、あるいは２つ以上であってもよい。各光源２６は、例えば小型の蛍光灯であってよく、あるいは冷陰極蛍光光源であってもよい。
【００７８】
導波板の第１表面２８に、複数の突起部２７が設けられている。先に図５（ａ）を参照して説明した通り、各突起部の導光面２９・３０は、平坦ではなく、第１の傾斜角を有する第１部分と、第２の異なる傾斜角を有する第２部分とを少なくとも有している。例えば、各導光面２９・３０は、図５（ｂ）に示すように、導波板の平坦な部分に対する傾斜角がそれぞれ異なる第１、第２、および、第３の部分３２〜３４を備えていてもよい。
【００７９】
図６（ｂ）に、ディスプレイ３６に内臓された図６（ａ）の照明システム３５を示す。ディスプレイ３６は、画像表示装置３７を備えている。画像表示装置は、第１および第２基板３９，４０の間に配置された画像表示層３８を備えているように示されている。上記画像表示層は、例えば液晶層でもよい。また、上記表示装置３７は、画素化された表示装置でもよい。
【００８０】
図６（ｂ）に、画像表示装置３７が透過型表示装置であるディスプレイを示す。したがって、ディスプレイ３６は、画像表示装置３７を背後から照明するための第１照明システム４３を備えている。図６（ｂ）に、第１照明システム４３を、導波板４１と１つまたは複数の光源４２とを備えるものとして示す。しかしながら、任意の適切なバックライトを、第１照明システムとして使用してもよい。第１照明システム４３は、広い角度範囲に渡ってほぼ均一な輝度を有する光を放射することが好ましい。
【００８１】
図６（ａ）の照明システム３５は、画像表示装置３７の正面の、画像表示装置３７とユーザの所望の位置との間に配置されている。第２照明システム３５の光源２６または各光源２６がオフしており、第１照明システム４３がオンしている場合は、画像表示装置３７に表示される画像を、広い角度範囲に渡って見ることができ、ディスプレイはパブリックモードで動作している。
【００８２】
第２照明システムの光源２６がオンしており、第１照明システム４３もオンしている場合、ディスプレイ３６は、プライベートディスプレイモードで動作している。上述の通り、第２照明システム３５は、１つまたは複数の角度範囲４３２へ光を向け、このような角度範囲４３２内に位置するユーザは、画像表示装置３７に表示される画像を知覚することができない。なぜなら、画像は、第２照明システムからの光によって「色あせ」しているからである。第２照明システム３５は、２つの角度範囲４３２へ光を向けることが好ましく、これらの角度範囲は、ディスプレイ３６の垂直軸に対してほぼ対称であり、垂直軸から−９０°〜約−２０°まで、および、垂直軸から約２０°〜９０°まで広がっていることが特に好ましい。
【００８３】
図６（ａ）の照明システムでは、突起部２７は、導波板２８と一体でもよい。例えば、突起部２７を有する導波板を、１つの成形プロセスで形成してもよい。もしくは、突起部２７は、導波板２５とは別個の部材であってもよい。例えば、突起部２７は、導波板２５上にフォトレジストまたは透明な樹脂の層を堆積し、次に、突起部２７を形成するためにフォトレジストまたは樹脂の層をパターン化することにより形成されてもよい。あるいは、突起部２７は、レーザー削磨によって形成されてもよい。
【００８４】
図５（ａ）の実施形態では、突起部２７の導光面は、複数の平坦な部分３２〜３４でできている。しかしながら、本発明はこれに限定されない。図７（ａ）は、本発明の他の実施形態の照明システムにおいて使用するのに適した導波板２５’の概略的な断面図である。
【００８５】
図７（ａ）の実施形態では、突起部２７’の各導光面２９・３０は、多数の部分により形成されている。各部分の傾斜角は、隣接する部分の傾斜角とはほんの少し異なる。その結果、導光面２９・３０の全体的な形は、図７（ａ）に示すように、湾曲したような表面になる。
【００８６】
図７（ｂ）は、図７（ａ）の突起部２７’の導光面２９を拡大した部分投影図である。図に示すように、導光面の一部分３３は、θｎの角度で傾斜している。このθｎの角度は、一方の隣接する部分３２の傾斜角θｎ−１よりも少しだけ大きく、他方の隣接する部分３４の傾斜角θｎ＋１よりも少しだけ小さい。
【００８７】
個々の平坦な部分３２−３４の代わりに、無段階で（continuously）湾曲する形状を形成することにより、角度範囲を所望のものとしてもよい。もしくは、適切な数の平坦な部分によってこのような湾曲した形状に近づけてもよい。このほうが製造が簡単であり、たとえば製造欠陥がより少ない。
【００８８】
図６（ａ）および図７（ａ）の実施形態では、突起部２７・２７’は、紙面に対して延びるプリズムの形を有している。原則的に、隣接する突起部の間の間隔は、導波板のエリア全体にわたって均等であってもよいが、実際は、隣接する突起部間の間隔を光源２６からの距離に応じて変化させることが望ましい。なぜなら、光源２６からの距離が長くなるに連れて、導波板から光が採取されるため、導波板２５の範囲内を伝播する光の輝度が下がるからである。導波板内で光の輝度が下がるのを補償するため、光源２６からの距離が長くなるに連れて、隣接する突起部間の間隔を短くすることが好ましい。この効果を、図８に示す。光源２６の付近では、隣接する突起間の間隔ｄは比較的大きく、光源からの距離が増すに連れて、上記間隔ｄは短くなる。図８に、２つの光源と共に使用することを目的とした導波板を示す。２つの光源は、図６（ａ）に示すように導波板の対向する端面に隣接して配置されており、その結果、隣接する突起部間の間隔は、導波板の中央において最小となっている。したがって、導波板の一方の端部における隣接する突起部間の間隔、すなわちｄ１は、第２光源の配置されている端部面付近の隣接する突起部間の間隔ｄ２にほぼ等しい。隣接する突起部間の間隔は、双方の光源から離れるにつれて狭まり、導波板の中央において最小の間隔ｄ３・ｄ４となる。
【００８９】
さらに、または、代替として、突起部の断面形状は、光源からの距離に応じて変化してもよい。例えば、図５（ａ）に示すような突起部２７に関して、導波板２５のほぼ中央の突起部２７ａに対しては対称な断面が適切かもしれないし、一方、導波板の端部付近にある突起部２７ｂまたは突起部２７ｃは非対称な断面を有していることが望ましいであろう。このような構造を使用することで、導波板全体に一定の角度の出力範囲が提供されるであろう。
【００９０】
図９（ａ）に、本発明の他の照明システムにおいて使用するのに適した導波板２５”を示す。同じく、照明システムは、その下面に設けられた複数の導光面２９・３０を有している。各導光面２９・３０は、異なる傾斜角を有する２つ以上の部分を有している。
【００９１】
この実施形態では、導光面２９・３０は、理論上（notionally）、グループ分けして配置されている。各グループは、一方の角度範囲へ光を向けるための１つまたは複数の導光面２９と、第２の角度範囲へ光を向けるための１つまたは複数の導光面３０とを備えている。導光面２９は「左導光面」と呼ばれ、導光面３０は、「右導光面」と呼ばれる。なぜなら、これらは、導波板の垂直軸の左／右の角度範囲へ光を反射するからである。
【００９２】
この実施形態では、ある１つのグループにおける右導光面の数と、ある１つのグループにおける左導光面の数との比率を、導波板の端部からの距離に応じて変更する。これは、導波板内の左へ伝播する光の輝度と、導波板内の右へ伝播する光の輝度と比率の変化を補償するためである。
【００９３】
図９（ａ）に、２つの光源２６Ａ・２６Ｂによって照明される導波板を示す。一方の光源２６Ａは導波板の左の端部面に隣接しており、他方の光源２６Ｂは導波板の右の端部面に隣接している。例えば、導波板の領域Ａにおいて、右へ伝播する光は、高い輝度を有するであろう。なぜなら、領域Ａは、第１光源２６Ａに近いからである。しかしながら、領域Ａでは、左へ伝播する光の輝度は低い。なぜなら、左へ伝播する光は、第２光源２６Ｂから来るものであり、第２光源２６Ｂは、導波板の領域Ａとは反対側にあるからである。第２光源２６Ｂから放射される光は、領域Ａに達するまでに導波板から採取されることにより、輝度が低下する。
【００９４】
したがって、領域Ａでは、（第２光源２６Ｂからの光を導く）左導光面２９の数と、（第１光源２６Ａからの光を導く）右導光面３０の数との比率は、その結果、高くなり、領域Ａにおける第１光源２６Ａからの光の輝度に比較して、第２光源２６Ｂからの光の低い輝度を補償する。例えば、図９（ｂ）に示すように、領域Ａでは、１つの右導光面３０に対して左導光面２９が３つずつ設けられていてもよい。
【００９５】
導波板の中央、つまり、領域Ｃでは、第１光源２６Ａからの光は、第２光源２６Ｂからの光とほぼ同じ輝度を有している。なぜなら、領域２６Ｃは、２つの光源から等距離だからである。したがって、図９（ｄ）に示すように、領域Ｃでは、１つの右導光面３０に対して左導光面２９が１つずつ設けられていることが好ましい。
【００９６】
導波板２５”の領域Ｂは、領域Ａと領域Ｃとの間にある。したがって、第２光源２６Ｂからの光は、領域Ｂにおける第１光源２６Ａからの光よりも低い輝度を有している。しかしながら、２つの光源の輝度の違いは、領域Ａにおける輝度の違いよりも少ない。したがって、図９（ｃ）に示すように、領域Ｂでは、１つの右導光面３０に対して左導光面２９が２つずつ設けられている。
【００９７】
図９（ａ）の実施形態では、個々の左および右導光面２９・３０の形状を、図８を参照して説明したように、導波板上の位置に応じて変化させることにより、導波板２５”のエリアに全体にわたって光の角分布を一定に維持してもよい。さらに、または、代替として、隣接する右導光面間の間隔を、領域Ａ・Ｂ・Ｃに渡って変化させることにより、第１光源からの距離が増すに連れて低減する右へ行く光の輝度を補償してもよい。
【００９８】
図９（ａ）に、２つの光源２６Ａ・２６Ｂによって照明されることを目的とする導波板２５”を示す。上記２つの光源は、導波板の対向する端部面に沿って配置されており、それゆえ、導波板２５”は、そのほぼ中央において対称であることが好ましい。したがって、領域Ｅでは、例えば、１つの左導光面２９に対して右導光面３０が３つずつ設けられており、領域Ｄにおいては、１つの左導光面２９に対して右導光面３０が２つずつ設けられている。
【００９９】
図９（ａ）の導波板２５”を、例えば１つの成形工程によって製造してもよく、この成形工程では、導波板２５と導光面２９・３０とを１つの一体化した構造として成形する。または、導波板を層によって被覆し、その後、この層を、例えば成形、リソグラフィー、またはレーザー削磨によって処理することにより導光面を設けてもよい。
【０１００】
本発明の照明システムが、例えば図６（ｂ）のディスプレイでのように、ディスプレイ用の正面照明システムとして使用される場合、ユーザは、画像表示装置３７に表示された画像を、照明システムの導波板を通して見るであろう。導光面２９・３０を導波板の下面に設けることにより、画像に歪みが生じる可能性がある。この歪みが生じるのは、図６（ｂ）のディスプレイが、広域ディスプレイモードになっており、照明システム３５がオフしている場合、または、狭域ディスプレイモードになっており、照明システム３５がオンしている場合である。この歪みが起きないようにするため、表示装置とユーザとの間の光の経路に、画像補償層４５を設けることが好ましい。
【０１０１】
図１０（ａ）に、光学的な補償層４５を示す。この補償層４５は、図６（ａ）に示す一般的な構造を有する導波板２５と共に使用するのに適している。光学的な補償層の表面４６は、導波板の下面２８に隣接して配置されることになっており、導波板の下面２８の形に対して概ね相補的な形を有している。したがって、光学的な補正層が、導波板に対して直接接触している場合は、結果として正規の長方形の基板となるであろう。光学補償層４５は、導波板２５の屈折率に等しいまたは導波板２５の屈折率に近い屈折率を有している。
【０１０２】
使用時には、光学補償層４５は、導波板の下面２８に対して隣接して配置されており、これらの間には、小さなギャップ４７が備えられている。ギャップ４７は、図１０（ａ）に示すように空隙であってもよいし、もしくは、図１０（ｄ）に示すように導波板２５の屈折率よりも低い屈折率を有する材料６２が充填されていてもよい（導波板の導光面２９・３０において確実に全反射が生じるようにするため、ギャップ４７は導波板２５よりも低い屈折率を有している必要がある）。例えば、光学補償層４５は、導波板２５の屈折率よりも低い屈折率を有する透明な接着剤を用いて導波板に接着されていてもよい。光学補償層４５の上面は、導波板の下面２８の形状に対して相補的な形状を有しているので、光が光学補償層４５と導波板２５との組み合わせを通過する場合に、全体的な歪みは少ししか、あるいは、全く起こらない。したがって、ディスプレイを見るユーザは、ディスプレイの表示層に表示された、少ししか歪みのない、または、全く歪みのない画像を見る。
【０１０３】
図１０（ｄ）に示すように、導波板２５の屈折率よりも低い屈折率を有する材料６２を、光学補償層４５と導波板２５との間のギャップ４７に設けることにより、照明システムの物理的強度が増す。図１０（ａ）に空隙があるということは、図１０（ａ）の照明システムは力が加えられれば変形しやすく壊れる可能性さえある、ということを意味している。
【０１０４】
図１０（ａ）および図１０（ｄ）の実施形態では、光学補償層４５の上面４６が導波板２５の下面２８の形状に対してほぼ相補的である必要があり、光学補償層４５の上面を必要な形状に製造することは困難であり、時間がかかる。さらに、光学補償層４５は、導波板２５に正確に位置合わせされる必要があり、光学補償層４５と導波板とを位置合わせすることは同じく困難である。したがって、他の実施形態では、導波板２５の下面は、複屈折の材料（例えば反応性メソゲン）によって平坦化されている。この実施形態は、下面を平坦化するために複屈折材料６３の層が導波板２５の下面２８に堆積された図１０（ｂ）および図１０（ｃ）に記載されている。複屈折材料６３の層の下面６４は、ほぼ平坦であり、導波板２５の上面に対して平行であることが好ましい。導波板２５の屈折率が複屈折材料の屈折率の１つに等しくなるように、または、ほぼ等しくなるように、複屈折材料６３を選択する。例えば、導波板２５の屈折率は、複屈折材料６３の特別屈折率ｎｅに等しくてもよく、または、ほぼ等しくてもよい。
【０１０５】
この実施形態は、下側の画像表示装置（例えば、図６（ｂ）の画像表示装置３７）が偏光を放射する場合（例えば、下側の画像表示装置が液晶画像表示装置である場合）に使用するのに適している。複屈折材料は、ディスプレイによって放射される偏光に対して、導波板２５の屈折率が複屈折材料の屈折率に等しくなるように、または、ほぼ等しくなるように選択されている。したがって、ディスプレイからの光は、複屈折材料６３と導波板２５との間の界面において屈折率がほとんど変化せず、または、全く変化しない。それゆえ、上記ディスプレイからの光は、図１０（ｃ）に示すように、複屈折率材料６３と導波板２５との間の界面においてはあまり屈折されない。したがって、ユーザは、画像表示装置に表示される、少ししか歪んでいない、または、全く歪んでいない画像を見ることができる。
【０１０６】
光源２６は、偏光されていない光を放射する。このことは、２つの直交偏光（orthogonal polarization）を含むものと考えられる。これらの偏光の１つは、複屈折材料６３と導波板２５との間の界面において屈折率が変化しないと考えられる。それゆえ、上記偏光の１つは、複屈折材料６３と導波板２５との間の界面においては屈折されない。図１０（ｂ）および図１０（ｃ）において、紙面において直線偏光された光（２方向の矢印で示す）に対する複屈折材料６３の屈折率は、導波板の屈折率に等しいか、または、導波板の屈折率にほぼ等しい。したがって、この偏光の光は、導波板２５と複屈折率材料６３とによって規定された複合導波板の範囲内に閉じ込められる。（ディスプレイからの光は、図１０（ｃ）における２方向の矢印符号によって示されるように、この極性であると考えられる。）。
【０１０７】
紙面に対して垂直に直線偏光された光源２６からの光（図１０（ｂ）では◎の符号で示す）は、複屈折材料６３と導波板２５との間の界面において屈折率が変化する。なぜなら、この偏光の光に対して、複屈折材料６３の屈折率は、導波板２５野屈折率に等しくないからである。したがって、この偏光の光は、複屈折材料６３と導波板２５との間の界面において全反射され、上述の方法で導波板２５の導光面によって配光が行われる。
【０１０８】
図１０（ｂ）に示すように、１つの偏光された光は、導波板２５と複屈折材料６３とによって規定される複合導波板の範囲内に閉じ込められる。この偏光は、例えば偏光解消ミラーを導波板２５の一方側に設けることにより、再利用されてもよい。または、この偏光は、光源２６に対して偏光された光源を使用することにより排除されてもよい。
【０１０９】
この実施形態を、下側の画像表示装置と共に使用してもよい。この画像表示装置は、画像表示装置と複屈折材料との間に偏光器を設けることにより、偏光されていない光を放射する。
【０１１０】
図１１（ａ）に、本発明の他の実施形態の照明システムを示す。照明システム４８は、第１導波板２５を備え、第１導波板２５は、使用時には、１つまたは複数の第１光源２６Ａによって照明される。図１１（ａ）には第１光源２６Ａを１つだけ示すが、本発明はこれに限定されない。
【０１１１】
導波板２５は、例えば図６（ａ）、図７（ａ）、図８または図９のいずれか１つを参照して上記で説明したような本発明の導波板である。この導波板は、導光面２９・３０を備え、導光面２９・３０は、傾斜角の異なる第１および第２の部分を少なくとも１つ有している。導光面は、各第１光源２６Ａが照明を行っている場合は、図６（ｂ）に示すように、第１光源または各第１光源からの光を、２つ以上の角度範囲４３２へ向けるように配置されている。
【０１１２】
図１１（ａ）の照明システム４８は、さらに、第２導波板４９を備えている。第２導波板４９の上面５１は、第１導波板２５の下面２８の形状に対して相補的な形状を有している。したがって、第１および第２の導波板が直接相互に接触する場合、これらの導波板は、正平行六面体を形成する。
【０１１３】
使用時には、第１と第２の導波板の間に、ギャップ４７が位置している。ギャップ４７は、空隙でもよいし、または、導波板２５の屈折率よりも低い屈折率を有する材料（例えば、屈折率の低い透明な接着剤（接着剤の屈折率は、全反射が生じるように、導波板の屈折率よりも低くなければならない））によって充填されていてもよい。
【０１１４】
第２導波板４９には、拡散構造（scattering structures）５０が、例えば従来のディスプレイバックライトにおいて使用されるような拡散ドットの態様で備えられている。第２導波板は、オンすると光を第２導波板４９の内部へ向ける１つまたは複数の第２光源２６Ｂによって照明される。図１１（ａ）では、第２光源２６Ｂを１つだけ示すが、本発明は、第２光源を１つだけ使用することに限定されていない。第２光源または各第２光源は、例えば、導波板の端部に沿って配置された蛍光灯でもよい。
【０１１５】
第２光源２６Ｂまたは各第２光源２６Ｂがスイッチオンされる場合は、拡散構造物５０によって、第２導波板４９の成形された表面５１から光が拡散される。拡散構造物５０は、図１１（ｃ）に示すように、広い角度範囲に渡って、第２導波板からの光を採取するように配置されている。拡散構造物５０は、光が広い角度範囲に渡って比較的均一な輝度で第２導波板から採取されるように配置されていることが好ましい。
【０１１６】
第１光源２６Ａまたは各第１光源２６Ａが照明を行っている場合、第１導波板２５は、図１１（ｂ）に示すように、光を２つ以上の角度範囲４３２へ向ける。
【０１１７】
図１１（ａ）の照明システム４８は、透過型画像表示装置を有するディスプレイにおいてバックライトとして使用されてもよい。例えば、照明システム４８を、本願の図１に示す透過型ディスプレイの液晶セルのためのバックライトとして使用することができる。照明システム４８をディスプレイにおいて使用することにより、従来の２−Ｄディスプレイモードと、方向性ディスプレイモード（directional display mode）との間を切り替えることのできるディスプレイが提供される。第２光源２６Ｂまたは各第２光源２６Ｂがスイッチオンされ、第１光源２６Ａまたは各第１光源２６Ａがスイッチオフされる場合は、照明システムは、広い角度範囲にわたる光を放射し、２−Ｄディスプレイモードが得られる。第１光源２６Ａまたは各第１光源２６Ａがオンし、第２光源２６Ｂまたは各第２光源２６Ｂがオフする場合、照明システムは、光を２つ以上の角度範囲４３２へ向け、このとき、２視点ディスプレイモードまたは３−Ｄ裸眼立体ディスプレイモードなどの方向性ディスプレイモードを提供する。
【０１１８】
図１２（ａ）に、本発明の他の照明システム５１を示す。照明システム５１は上述のような本発明の第１導波板２５を備えている。この第１導波板２５は、例えば、図６（ａ）、図７（ａ）、図８または図９（ａ）のいずれかにおいて説明したような導波板であってもよい。この導波板は、導光面２９・３０を備え、この導光面２９・３０は、傾斜角の異なる第１および第２の部分を少なくとも有している。第１導波板２５についてはここで説明をさらに繰り返しはしない。第１導波板は、１つまたは複数の第１光源２６Ａによって照明される。第１光源２６Ａは、例えば、導波板の端部に沿って配置された蛍光灯であってもよい。
【０１１９】
さらに、照明システム５１は、第２導波板５２を備えている。第２導波板５２の上面は、第１導波板の下面２８の形状に対して概ね相補的な形状を有している。その結果、第１および第２の導波板が相互に接触するならば、正六面体となる。
【０１２０】
使用時には、第１導波板は、ギャップ４７によって、第２導波板から間隔が開いている。ギャップ４７は、空隙であってもよいし、または、屈折率の低い材料によって充填されていてもよい。
【０１２１】
第２導波板には、１つまたは複数の第２光源２６Ｂが備えられている。図１２（ａ）には第２光源を１つだけ示すが、本発明は、第２光源を１つだけ使用することに制限はされない。第２光源または各第２光源が照明を行う場合、光は、第２導波板５２へ導入される。
【０１２２】
第２導波板５２には、第２導波板５２から光を採取するための拡散構造物５４がさらに備えられている。第１導波板２５は、第１導波板内を伝播する光が、第１導波板の上面３１から採取されるように配置されており、一方、第２導波板は、導波板内を伝播する光が、第２導波板の下面５５から採取されるように配置されている。したがって、光は、第２導波板から、第１導波板２５から光が採取される角度範囲の方向とはほぼ反対の方向の角度範囲へ採取される。
【０１２３】
図１２（ａ）の照明システム５１は、反射型液晶表示装置などの反射型画像表示装置５３を有するディスプレイ５６に組み込まれて示されている。照明システム５１は、反射型表示装置５３とユーザの任意の位置との間に配置されている。
【０１２４】
本発明の照明システム５１を内臓するディスプレイ５６は、広域ディスプレイモードと、狭域ディスプレイモードとの間を切り替え可能である。図１２（ｂ）に、広域ディスプレイモードのディスプレイ５６を示す。このモードでは、第２光源２６Ｂまたは各第２光源２６Ｂはスイッチオンされており、第１光源２６Ａまたは各第１光源２６Ａはスイッチオフされている。光は、第２導波板５２からその下面５５を通して採取され、反射型表示装置５３を照明する。第２導波板は、広い角伝搬を有する光によって反射型表示装置を照明するように配置されている。その結果、画像表示装置５３に表示された画像を、広い視野範囲（viewing range）で見ることができる。
【０１２５】
ディスプレイモードを狭くするためには、第１光源２６Ａまたは各第１光源２６Ａをオンし、一方、第２光源または各第２光源２６Ｂはオンのままにしておく。上述の通り、第１導波板は、光を１つまたは複数の角度範囲４３２へ向け、これらの角度範囲の１つにいるユーザは、画像表示装置５３に表示される画像を見ることはできないであろう。なぜなら、その画像は、第１光源２６Ａまたは各第１光源２６Ａからの光によって「色あせ」されるからである。しかしながら、角度範囲４３２外または各角度範囲４３２外にいるユーザは、画像表示装置５３に表示された画像を知覚することができるであろう。
【０１２６】
第２導波板５２内に設けられた拡散構造物５４は、導波板の下面５５から広い角伝搬で光を採取するための任意の適切な拡散構造物でもよい。図１２（ａ）および図１２（ｂ）において、拡散構造物５４は、第２導波板の上面の、三角形の断面を有するプリズム形の湾入部(indentations)として示されている。しかしながら、本発明は、この具体的な拡散構造に制限されない。プリズム形の湾入部は、屈折率の低い材料によって充填されていてもよいし、もしくは、開いたまま空気に接していてもよい（open to air）。
【０１２７】
図１２（ａ）および図１２（ｂ）では、三角形の拡散構造物が、導波板５２の上面の、導波板に対して平行な部分だけに設けられている。拡散構造物は、第１導波板２５の導光面２９・３０に対して相補的な表面の部分には設けられていない。
【０１２８】
図１３（ａ）に、図１２（ａ）の照明システム５１に概ね対応する本発明の他の照明システム５１’を示す。照明システム５１’は、同じく、本発明の第１導波板２５（例えば図６（ａ）、図７（ａ）、図８または図９（ａ）のいずれか１つに記載したような導波板）を備えている。導波板は、傾斜角の異なる第１および第２の部分を少なくとも有する導光面２９・３０を備えている。第１導波板２５の説明はここでは繰り返さない。第１導波板は、１つまたは複数の第１光源２６Ａによって照明され、第１光源２６Ａは、例えば、導波板の端部に沿って配置された蛍光灯であってもよい。
【０１２９】
さらに、照明システム５１は、第２導波板５２を備えている。この第２導波板５２は、光を下面５５から外へ向ける、すなわち、第１導波板２５が光を向ける範囲の方向に対してほぼ反対の方向の角度範囲に光を向けるように配置されている。
【０１３０】
図１３（ａ）の照明システム５１’は、図１２（ａ）の照明システム５１とは、第２導波板５２内を伝播する光が第２導波板の上面５７に設けられた導光面２９’・３０’によって導波板５２から採取される、という点が異なっている。このことを、図１３（ｂ）に示す。第２導波板５５の導光面２９’・３０’は、光を、広い角度範囲に渡って本質的に均一な輝度で、導波板の下面５５から採取するように配置されている。
【０１３１】
図１３（ａ）に、反射型画像表示装置５３を有するディスプレイ５６に内臓された照明システム５１’を示す。この照明システム５１’は、画像表示装置５３に対するフロントライトの役割を果たす。
【０１３２】
図１２（ａ）および図１２（ｂ）を参照して説明したとおり、ディスプレイ５６は、広域ディスプレイモードと狭域ディスプレイモードとの間を切替可能である。図１３（ｂ）に、広域ディスプレイモードを示す。このモードでは、第２光源２６Ｂまたは各第２光源２６Ｂは、スイッチオンされ、光を第２導波板５２へ導入し、第１光源２６Ａまたは各第１光源２６Ａは、スイッチオフされる。狭域ディスプレイモードは、第２光源２６Ｂまたは各第２光源２６Ｂをスイッチオンにしたまま第１光源２６Ａまたは各第１光源２６Ａをスイッチオンすることによって得られる。
【０１３３】
図１４は、図１３（ａ）のディスプレイ５６’の補正された実施形態のディスプレイ５６”の概略的な断面図である。このディスプレイ５６”は、同じく、反射型表示装置５３を備え、この実施形態では、下部基板５７、上部基板５９、および上部基板と下部基板との間に配置された画像表示層５８により形成されている。画像表示層は、例えば、液晶層でもよい。
【０１３４】
ディスプレイ５６”では、画像表示装置５３の上部基板５９に、導光面２９’・３０’が設けられており、図１３（ａ）の照明システム５１’の第２基板５２としても機能する。第２光源２６Ｂまたは各第２光源２６Ｂは、画像表示装置５３の上部基板５９へ光を導入するように配置されている。
【０１３５】
基板／導波板５９および導波板２５は、（例えば、約１．５の屈折率を有する）ガラスまたは（例えば、約１．５８の屈折率を有する）ポリカーボネートでできていてもよく、（この実施例では約１．４の屈折率を有する）透明な接着層６０によって一体に接着されている。偏光子またはカラーフィルター（図示せず）などのディスプレイの他の層は、屈折率１．４の他の接着層６１によって導波板２５の正面に取り付けられている。
【０１３６】
図１４のディスプレイ５６”は、同じく、図１２（ａ）および図１３（ａ）を参照して上で説明したように、狭域ディスプレイモードと広域ディスプレイモードとの間を切替可能である。広域ディスプレイモードは、第２光源２６Ｂまたは各第２光源２６Ｂがオンして第２導波板５２へ光を導入し、第１光源２６Ａまたは各第１光源２６Ａがオフしている場合に得られる。狭域ディスプレイモードは、第２光源２６Ｂまたは各第２光源２６Ｂをオンにしたまま第１光源２６Ａまたは各第１光源２６Ａをオンすることにより得られる。
【０１３７】
図１１（ａ）および図１２（ａ）の実施形態では、第２導波板４９・５２の上面は、第１導波板２５の下面２８の形状に対して相補的な形状を有していることが好ましい。その結果、第２導波板も、図１０の実施形態を参照して説明したように、光学的な補償層として作用する。原則的に、第２導波板４９・５２の上面を平坦に作成してもよいが、ユーザには画像がひずんで見える可能性がある。
【０１３８】
図１３（ａ）の実施形態では、第２導波板５２の上面は、第１導波板２５の下面２８に対して正確に相補的ではない。なぜなら、第２導波板５２の導光面２９’・３０’は、広い角度範囲に渡って、導波板から光を採取するように配置されていることが好ましいからである。しかしながら、第２導波板５２の上面は、第１導波板２５の下面の形状に対してある程度は相補的である。その結果、ユーザは、少ししか、または、全く歪みを感じないであろう。
【０１３９】
図１２（ａ）、図１３（ａ）および図１４の実施形態では、第２導波板５２の拡散構造物５４または導光面２９’・３０’のサイズ、形状、および数の密度は、第２導波板５２に渡って、第２光源２６Ｂからの距離に応じて変化する。このことは、第２導波板５２のエリアに渡ってほぼ均一な輝度および角伝搬で、光が、第２導波板５２の下面から確実に採取されるように行われていてもよい。
【０１４０】
図１０、図１１（ａ）、図１２（ａ）、図１３（ａ）および図１４の実施形態では、光学的な補償層４５または第２導波板４９・５２が、例えば導波板または光学的な補償層を成形することによって、または、上面に適切な形状を定義するためのエッチングプロセスによって形成されてもよい。もしくは、光学的な補償層または第２導波板は、平坦な導波板の上に構造を堆積することによって形成されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１４１】
【図１】透過型ディスプレイの概略断面図である。
【図２】動作がプライベートモードにあるディスプレイの概略図である。
【図３】動作がプライベートモードとパブリックモードとで切り替え可能なディスプレイの概略断面図である。
【図４】（ａ）は図３に示すディスプレイの導光突起部の可能な一断面図であり、（ｂ）は対応した強度の角度分布を示す図であり、（ｃ）は図３に示すディスプレイの導光突起部の可能な別の一断面図であり、（ｄ）は対応した強度の角度分布を示す図であり、（ｅ）は図３に示すディスプレイの導光突起部の可能な一断面図であり、（ｆ）は対応した強度の角度分布を示す図である。
【図５】（ａ）は本発明の一実施形態による導光突起部の可能な一断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の部分拡大図であり、（ｃ）は（ａ）に示す断面を有した導光突起部によって得られる強度の角度分布を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態による照明システムを示す図である。
【図７】(ａ)は本発明の別の一実施形態による照明システムの部分的断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す照明システムの部分的拡大図を示す。
【図８】本発明の別の実施形態による照明システムの概略断面図を示す。
【図９】(ａ)は本発明の別の実施形態による照明システムの概略断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す照明システムの部分的拡大図であり、（ｃ）は（ａ）に示す照明システムの部分的拡大図であり、（ｄ）は（ａ）に示す照明システムの部分的拡大図である。
【図１０】(ａ)は本発明の別の実施形態による照明システムの概略断面図であり、（ｂ）は本発明の別の実施形態による照明システムの要部の概略断面図であり、（ｃ）は使用中の図１０（ｂ）の照明システムを示す図であり、（ｄ）は本発明の別の実施形態による照明システムの他の概略断面図を示す。
【図１１】(ａ)は本発明の別の実施形態による照明システムの概略断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す照明システムの動作を示す図であり、（ｃ）は（ａ）に示す照明システムの動作を示す図である。
【図１２】(ａ)は本発明の別の実施形態による、反射型ディスプレイ内に組み込まれた照明システムの概略断面図であり、（ｂ）は本発明の別の実施形態による、反射型ディスプレイ内に組み込まれた照明システムの概略断面図である。
【図１３】(ａ)は本発明の別の実施形態による、反射型ディスプレイ内に組み込まれた照明システムの概略断面図であり、（ｂ）は本発明の別の実施形態による、反射型ディスプレイ内に組み込まれた照明システムの概略断面図である。
【図１４】本発明の別の実施形態による、ディスプレイ内に組み込まれた照明システムの概略断面図を示す。
【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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